Потенциала

Экспериментальное определение электрокинетического

Электрокинетические явления, в особенности электроосмос и электрофорез, могут быть использованы для экспериментального определения одной из важнейших характеристик коллоидных систем - электрокинетического потенциала.

При этом используется уравнение Гельмгольца - Смолуховскогодля скорости электроосмосаили электрофореза:

,

где v - линейная скорость электроосмоса (электрофореза), м/с; e - диэлектрическая проницаемость дисперсионной среды; e ₀ - электрическая постоянная (диэлектрическая проницаемость вакуума, 8,85´10^-12 Ф/м); H - напряжённость внешнего электрического поля (H = E / l; E - напряжение на электродах, В; l - расстояние между ними, м); z - электрокинетический потенциал, В.

Уравнение выводится в предположении, что двойной электрический слой на поверхности коллоидных частиц можно рассматривать как плоский конденсатор и что разность потенциалов между его обкладками соответствует электрокинетическому потенциалу z.

В соответствии с теорией плоского конденсатора плотность заряда на его обкладках s определяется соотношением

,

где d -расстояние между обкладками, т. е. толщина плотного слоя ДЭС.

Внешнее электрическое поле, параллельное ДЭС, создаёт напряжение сдвига F_e, - пару сил, действующих на единицу площади ДЭС вдоль его поверхности:

Скорость v взаимного смещения фаз под действием этого напряжения сдвига связана с силой вязкого сопротивления среды F_h уравнением Ньютона

,

где h - вязкость дисперсионной среды; dv / dd - градиент скорости смещения дисперсионной среды относительно поверхности твёрдой фазы. Считая величину dv / dd постоянной во всём зазоре между обкладками конденсатора (ДЭС), можно принять, что

,

где v – наблюдаемая скорость взаимного смещения фаз.

При установившемся равномерном движении

и значит

,

откуда получаем окончательное уравнение Гельмгольца – Смолуховского:

.

Иногда это уравнение записывают в виде

,

где v₀ = v/H – электрофоретическая подвижность, служащая для сравнения способности к электрофорезу различных коллоидных систем и не зависящая от приложенного напряжения и расстояния между электродами.

Уравнение Гельмгольца – Смолуховского можно преобразовать для вычисления z -потенциала частиц дисперсной фазы при известной скорости электрофореза или электроосмоса:

или

Измеряется скорость перемещения частиц при электрофорезе или жидкой среды при электроосмосе с помощью специальных приборов. Конструкции этих приборов, а также методики измерений приводятся в практикумах или в специальных руководствах.

Экспериментально определённые значения z -потенциала в большинстве золей достигают значений до 100 мВ, что обычно несколько меньше действительного. Это расхождение обусловлено двумя эффектами, которые не были учтены при выводе уравнения Гельмгольца - Смолуховского: релаксационным эффектом (в результате нарушения симметрии диффузного слоя вокруг частицы при движении фаз в противоположные стороны) и электрофоретическим торможением (сопротивление движению частицы обратным потоком противоионов). Эти тормозящие эффекты зависят от размера частиц и толщины двойного электрического слоя. Э Хюккелем на основе теории растворов сильных электролитов было показано, что в уравнение Гельмгольца – Смолуховского следует ввести в качестве поправки множитель 2/3. Однако эта поправка необходима только тогда, когда толщина диффузного слоя значительно превышает размер гранулы, что имеет место в очень разбавленных золях.

ГЛАВА 6

УСТОЙЧИВОСТЬ И КОАГУЛЯЦИЯ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

Устойчивостьдисперсной системы характеризуется неизменностью во времени её основных параметров - степени дисперсности и равномерного распределения частиц дисперсной фазы в среде.

Проблема устойчивости - одна из самых важных и сложных в коллоидной химии. Она имеет большое значение во многих процессах, как протекающих в природе, так и используемых в народном хозяйстве, в том числе в фармации, в особенности в технологии лекарств. Так, обеспечение устойчивости свободнодисперсных систем необходимо при получении из них лекарственных эмульсий, суспензий, пен, аэрозольных препаратов и др. С другой стороны, во многих случаях требуется нарушить устойчивость образовавшихся коллоидных растворов, тонких взвесей или эмульсий для того, чтобы вызвать структурообразование в материалах, чтобы при гравиметрическом анализе получить осадки, не пептизирующиеся при отмывании, чтобы более эффективно проводить очистку сточных вод и т. д.

Дата добавления: 2014-01-04