12. Что такое электрофорез и электроосмос? Как объясняются эти явления?

Электрофорез и электроосмос

Наличие у частиц дисперсных систем электрического заряда было открыто еще в 1808 г. Процесс переноса частиц в электрическом поле получил название электрофореза. Процесс переноса жидкости при приложении разности потенциалов через пористую перегородку назван электроосмосом. Причем установлено, что количество жидкости, прошедшей через пористую перегородку пропорционально силе тока, и при постоянной силе тока не зависит от площади сечения или толщины перегородки.

Причина обоих явлений одна и та же - наличие разноименных зарядов у твердой и жидкой фазы. В зависимости от того, что является неподвижным жидкость или твердая поверхность, - наблюдается передвижение твердой фазы (электрофорез) или жидкости (электроосмос).

При электрофорезе (рис. 3.5) в результате возникновения электрического поля между электродами, благодаря малому размеру частиц дисперсной фазы, происходит перенос отрицательно заряженной дисперсной фазы к положительному электроду. При электроосмосе (рис.З.б) пол влиянием электрического поля по капиллярам перегородки к отрицательному электроду передвигается положительно заряженная жидкость.

Заряд на частицах, проявляющийся при электрофорезе, обусловлен наличием на их поверхности двойного электрического слоя (ДЭС) из ионов, возникающего либо в результате избирательной адсорбции одного из ионов электролита, либо за счет ионизации поверхностных молекул вещества. При действии электрического поля на частицы, несущие двойной электрический слой, происходит явление, напоминающее электролиз. Если дисперсная фаза заряжена отрицательно, коллоидные частицы вместе с адсорбированными на них отрицательными потенциал-определяющими ионами движутся к аноду, а положительно заряженные противоионы - к катоду. Если дисперсная фаза заряжена положительно, направление движения частиц и ионов меняется на обратное.

Аналогичное объяснение имеет явление электроосмоса. ДЭС в этом случае образуется на внутренней поверхности капилляров перегородки либо в результате избирательной адсорбции одного из ионов электролита, присутствующего в жидкости, заполняющей капилляр, либо ионизации молекул вещества, из которого состоит капилляр, либо в - результате адсорбции на поверхности капилляра ионов ОН^- и Н⁺. При наложении на капилляр электрического поля слой противоионов в капилляре будет смещаться параллельно неподвижному слою потенциал-определяющих ионов к катоду, что вызовет и перемещение к катоду всей жидкости, заполняющей капилляр, под действием сил трения и молекулярного сцепления.

13. Почему при электродиализе используется только постоянный электрический ток?

Метод электродиализа использует:

1) электролитическую диссоциацию в воде молекул растворенных веществ на ионы;

2) направленное движение ионов в электрическом поле;

3) селективные свойства ионообменных мембран по отношению к ионам, имеющим заряды различных знаков.

Растворение солей в воде с образованием ионных пар происходит под воздействием диполей, образуемых молекулами воды в силу особенностей расположения в них атомов водорода и кислорода.

В постоянном электрическом поле ионы получают направленное движение согласно ориентации поля, при этом сохраняется принцип электронейтральности раствора в любой его точке.

Селективность ионообменных мембран, т.е. способность пропускать ионы с зарядом одного знака, обусловлена наличием в них фиксированных ионогенных групп, электрическое поле которых препятствует прохождению через мембрану ионов с зарядом того же знака, что и заряд иона фиксированного в полимерной матрице мембраны.

— Ионообменные мембраны (главный рабочий элемент электродиализа) изготавливаются из ионообменных смол (ионитов) активные группы которых способны к ионному обмену. Перенос электричества в мембранах под действием электрического поля, обусловлен диффузией противоионов из раствора в мембрану и из мембраны в раствор с противоположной стороны. Перенос ионов в мембране происходит за счет подвижных противоионов. Мембрана, содержащая ионогенные группы положительных ионов (анионообменная мембрана), в электрическом поле в вводном растворе пропускает, в основном, только анионы. Мембрана, содержащая ионогенные группы отрицательных ионов (катионнообменная мембрана) - пропускает, в основном, только катионы.