3.5.2. Потенциал седиментации
Потенциал седиментации – возникновение разности потенциалов при седиментации (оседании) заряженных частиц дисперсной фазы в неподвижной дисперсионной среде.
Рассмотрим
коллоидную систему, находящуюся в
емкости (например, в отстойнике) (рис.
42).
Под действием силы тяжести частицы дисперсной фазы оседают. Процесс оседания частиц называют седиментацией. При оседании частиц дисперсионная среда остается практически неподвижной. Перемещение частиц относительно жидкой дисперсионной среды происходит по границе скольжения, то есть частицы движутся вместе с потенциалопределяющими ионами и адсорбционным слоем противоионов. Это приводит к тому, что диффузионная часть ДЭС отстает от частицы, поэтому в сплошной среде концентрируются противоионы. Чем выше от днища сосуда, тем больше концентрация противоионов.
Если в сосуд на разной высоте поместить электроды, то вольтметр, включенный в цепь, покажет разность потенциалов, которую называют потенциалом седиментации (оседания).
Потенциал седиментации обратен электрофорезу. В обоих случаях происходит движение частиц. Но при электрофорезе перемещение происходит в результате взаимодействия электрического поля с избыточным зарядом частиц, а при потенциале седиментации – в процессе оседания частиц возникает разность потенциалов.
С потенциалом седиментации приходится сталкиваться в различных производствах при осаждении суспензий, эмульсий, разделении фаз. На концах аппаратов могут возникать достаточно высокие разности потенциалов, что приводит к возникновению искровых разрядов и пожаров.
3.5.3. Электроосмос
Электроосмос – движение дисперсионной среды через неподвижную капиллярно-пористую перегородку под действием внешнего электрического поля.
Э
лектроосмос
обычно происходит в капиллярах и каналах
пористых тел. Пусть в центр U-образной
трубки помещена мембрана, представляющая
собой мелкопористый стеклянный фильтр
(рис. 43). Трубка заполнена электропроводящей
жидкостью. Рассмотрим сечение одного
капилляра (рис. 44). Возникновение заряда
на стенках капилляров стеклянного
фильтра происходит за счет диссоциации
молекул поверхностного слоя:
.
Ионы
переходят в раствор, а
связаны с кристаллической решеткой
стекла и создают на поверхности капилляра
отрицательный заряд, т.е. являются
потенциалопределяющими ионами. Возле
стенок капилляра формируется ДЭС. Пленка
жидкости вместе с противоионами
адсорбционного слоя «прилипает» к
стенке капилляра и остается неподвижной.
А противоионы диффузной части ДЭС под
действием внешнего электрического поля
перемещаются к катоду. Противоионы
гидратированы, следовательно, вместе
с ними к отрицательному электроду
двигается и дисперсионная среда. Таким
образом, перемещение дисперсионной
среды относительно стенок капилляров
происходит по плоскости скольжения. В
результате в левой части трубки уровень
жидкости понижается, а в правой –
повышается. Процесс прекратится, когда
величина гидростатического давления
станет достаточной для того, чтобы
остановить движение противоионов.
Применение электроосмоса.
1. Метод электроосмоса, как и электрофореза широко используется для определения потенциала.
Суммарный объем жидкости , протекающей через мембрану с общей площадью поперечного сечения всех капилляров в единицу времени равен
,
где – скорость течения жидкости (электроосмотическая скорость), равна (47)
.
(47)
Тогда
.
(48)
Из уравнения (48) следует, что объем жидкости, перенесенный через мембрану прямо пропорционален поперечному сечению капилляров , диэлектрической проницаемости среды, градиенту электрического поля и обратно пропорционален вязкости жидкости. Полученную формулу трудно применять для расчета потенциала, так как суммарное поперечное сечение капилляров мембраны измерить весьма сложно. Преобразуем уравнение (48). Согласно закону Ома
,
где
– разность потенциалов;
– сила тока;
– сопротивление.
Применительно к электропроводящей жидкости, перемещающейся в капиллярах под действием электрического поля:
,
где – удельное сопротивление; – расстояние между электродами;
– удельная электропроводность.
Тогда
.
(49)
Градиент внешнего электрического поля равен
.
Подставляем в (48)
.
(50)
Таким образом, для определения потенциала методом электроосмоса необходимо знать свойства дисперсионной среды ( , , ), силу тока и объем жидкости, перенесенный через мембрану.
2. Электроосмос применяют при обезвоживании древесины и др. пористых материалов: продуктов питания, сырья для пищевой промышленности (сахарных сиропов, желатина) и т.д. Влажную массу помещают между электродами и вода, в зависимости от заряда противоионов ДЭС, движется к одному из них и собирается в специальной емкости.
Лекция 12