3.3 Будова глинистих частинок у водній суспензії. Теорія Штерна і будова деш. Дзета ( ) – потенціал і його вплив на властивості бпр

Глиниста частинка колоїдних розмірів у водній суспензії називається міцелою.

Загальноприйнята теорія будови колоїдних частинок є міцелірна теорія, згідно якої суспензія складається із міцел та інерміцелірної рідини. Міцела – електрично-нейтральна структурна колоїдна одиниця дисперсної системи, оточена подвійним шаром іонів (рис. 3.1а).

Кожна частинка дисперсної фази є агрегатом молекул ультрамікроскопічних розмірів. Агрегат разом із двійним електричним шаром із потенціаловизначаючим та противоіонів утворюють міцелу. Частина міцела, яка складається із агрегату та потенціаловизначачуючих іонів називається ядром міцели. Під дією електростатичного притягування. противоіони намагаються розташуватися як можна ближче до іонів, адсорбованих на поверхні. В крайньому випадку утворюється два шари іонів, із яких один розташований на поверхні твердої фази – внутрішня обгортка ДЕШ, другий , заряджений протилежно, розташований на віддалі діаметра іона – зовнішня його обгортка.

Теорія Штерна пояснює будову ДЕШ, згідно якої міцела має два прошарки іонів (рис.3,1б):

І – іони поверхневого заряду (потенціаловизначаючі іони);

ІІ – іони з протилежним знаком поверхневого заряду (противоіони).

а) б)		а) – схема міцели; б) – будова будова двійного електричного шару 1 – агрегат; 2 – потенціаловизначаючі іони; 3 – адсорбційний шар противоіонів; 4 – ядро міцели; 5 – дифузійний шар противоіонів; 6 – двійний електричний шар; 7 – частина; 8 – міцела; 9 – шар противоіонів.
Рисунок 3.1 – Схема міцели та будова двійного електричного шару

Теорія Штерна сформована на двох передумовах:

1. Формування прошарку відбувається не тільки завдяки електростатичним силам, а і адсорбційним.

2. Противоіони мають кінцеві розміри і їх шар починається не біля самої поверхні, а на певній віддалі від поверхні.

За теорією Штерна навколо колоїдної частинки виділено адсорбційний 3 та дифузійний 5 прошарки на віддалі і Δ від між фазної межі з потенціалами і – потенціалом.

Отже, різниця потенціалів на межі дифузійного і адсорбційного прошарків у ДЕШ при відносному переміщенні фаз дисперсної системи називається електрокінетичним потенціалом або - потенціалом.

Величина – потенціалу визначає рухомість колоїдних частинок разом із нерухомим шаром противоіонів, тобто, фактично рухаються іони дифузійного прошарку, а іони адсорбційного шару утримуються на поверхні.

Як утворюється ДЕШ?

На межі розділу двох фаз різного хімічного складу відбувається перерозподіл частинок (іонів-електронів) із одної фази в іншу. Це призводить до утворення заряду на поверхні однієї фази і рівного, але протилежного за знаком заряду на поверхні іншої фази. В результаті на межі фаз виникає ДЕШ.

Причини утворення ДЕШ:

– перехід катіонів з мінералу в розчин;

– дотик двох неоднакових розчинів електролітів, або незмішуючих рідин з розподілом в них іонів;

– адсорбція іонів із розчинів;

– дисоціація утворених поверхневих сполук на іони певного знаку

Важливим є те, що ДЕШ містить вільні заряди, тому електростатичний потенціал не постійний, а змінюється від точки до точки.

У випадку з глиною поверхневий заряд від’ємний, а обмінний катіон виступає у якості протилежно зарядженого іону. – дзета-потенціал характеризує об’ємний заряд рідкої фази та електрокінетичні явища. При високому значенні – потенціалу у розчині між частинками велика відштовхуюча сила і частинки не злипаються (у прісній воді), якщо ж ввести електроліт, частинки будуть злипатися.

Запам’ятати Величина дифузійного шару залежить від концентрації електролітів у розчині. При їх збільшенні шар стискається і за розмірами наближається до межі адсорбційного шару.

У випадку коли основна маса розчину дистильована вода , і дифузійний шар має максимальні розміри.

Таким чином, -потенціал зменшується при збільшенні валентності іонів та при збільшенні концентрації іонів. Збільшуючи валентність іонів і їх концентрацію можна досягнути перезарядки -потенціалу.

Для прикладу розглянемо будову ДЕШ на глинистій частинці у глинистій суспензії. Із розчину адсорбуються на глинистій частинці гідроксильні іони ОН ^–, які несуть від’ємний заряд, а іони водню Н⁺ розташовуються в адсорбційному шарі, частково у дифузійному шарі і формула для міцели глинистої частинки має вигляд:

,

mAl₂O₃·nSiO₂ – молекула агрегату; qOH^– – кількість потенціаловизначаючих іонів; (q-x)H⁺ – кількість іонів адсорбційного шару (противоіони); хН⁺ – кількість противоіонів у дифузійному шарі.

Всередині знаходиться кристал і молекули mAl₂O₃nSiO₂ на поверхні якої розташовані іони, що визначають заряд (потенціаловизначаючі іони ОН^–).

Поблизу ядра знаходяться в дифузійному шарі проти іони Н⁺.

В дифузійному шарі катіони водню Н⁺ розташовані ближче до перефирійної частини міцели.

Згадаємо ще будову міцели на класичному прикладі йодиду срібла у розчині йодиду калію.

mAgj – кількість молекул агрегату; nJ^– – кількість потенціаловизначаючих іонів; (n-x)K⁺ – кількість іонів поблизу ядра в адсорбційному шарі; хК⁺ – кількість іонів в дифузійному шарі.