§ 5. Электрокинетические явления

Электрокинетические явления отражают связь, существу­ющую между движением фаз дисперсной системы друг относи­тельно друга и электрическими свойствами границы раздела этих фаз. Различают четыре вида электрокинетических явле­ний—электрофорез, электроосмос, потенциал течения и по­тенциал оседания (седиментации).

Электрокинетические явления были открыты профессором Московского университета Ф. Ф. Рейссом, который еще в 1808 г., изучая электролиз воды, провел следующие опьты.

В первом случае (рис. 57,а) Рейсе пропускал постоянный ток через U-образную трубку, заполненную кварцевым песком и водой. При этом он наблюдал, что в колене с отрицательным электродом (катодом) вода поднималась, а в колене с анодом — опускалась, что свидетельствовало о движении жидкости под действием электрического поля.

Во втором опыте, пропуская постоянный ток (—^ 100 В) через прибор, состоящий из двух наполненных водой стеклян­ных трубок, погруженных в мокрую глину, Рейсе обнаружил, что частички глины, отрываясь от поверхности, двигались к положительному полюсу (аноду) и, следовательно, имели отрицательный заряд (рис. 57, б).

а б

Рис. 57. Опыты Ф. Ф. Рейсса: а — электроосмос; б — электрофорез.

Явление — перемещение твердой фазы (в опыте Рейсса — глины) относительно жидкой среды под действием электри­ческого поля — было названо электрофорезом; перемещение жидкой среды относительно твердой фазы (мелкопористого вещества, системы капилляров) под действием электрического поля — электроосмосом.

Впоследствии оба эти явления многократно изучались в золях.

Значительно позднее, во второй половине XIX в., были открыты еще два электрокинетических явления, противопо­ложные электрофорезу и электроосмосу. Г. Квинке обнаружил, что при фильтрации воды через пористую диафрагму D воз­никает разность потенциалов между двумя ее сторонами (рис. 58, а). Это явление,обратное электроосмосу, названо потен­циалом течения.

Четвертое явление, обратное электрофорезу, было открыто Дорном. При оседании частичек кварца в воде регистрировалась разность потенциалов, возникаю­щая между электродами, распо­ложенными на разной высоте со­суда (рис. 58, б). Это явление было названо потенциалом осе­дания (седиментации).

Взаимосвязь между описан­ными электрокинетическими яв­лениями можно выразить схемой (табл. 22).

Явление

Сущность явления

Причина явления

Электрофо­рез

Электр о -осмос

Потенциал течения

Потенциал оседания

Движение частичек твердого тела, диспергированного в жид­кости

Движение жидкой среды отно­сительно твердого тела (систе­мы капилляров, пористого тела) Появление разности потенциа­лов между точками текущей дисперсионной среды относи­тельно неподвижной фазы

Появление разности потенциа­лов между точками, находя­щимися на различных высотах движущейся дисперсной фазы

Приложенное электриче­ское напряжение

Приложенное электриче­ское напряжение

Перемещение жидкости относительно твердого тела через пористую пе­регородку или систему капилляров

Движение твердой фазы в жидкой среде

Существование электрокинетических явлений в дисперсных системах свидетельствует о том, что в месте контакта твердой фазы и жидкой среды возникает двойной электрический слой. Движение взвешенных частичек внутри жидкости, наблюда­емое при наложении электрического поля (явление электрофо­реза), может совершаться в том случае, если взвешенные час­тички обладают зарядом. Перемещение жидкости (электро­осмос) относительно твердой фазы также не могло бы происхо­дить, если бы она не имела заряда. Точно так же не могли бы наблюдаться явления возникновения потенциалов течения и оседания, если бы жидкая среда и твердая фаза не имели зарядов.

Во всех этих случаях на границе двух фаз обнаруживается особая форма электрического потенциала, хотя и являющаяся лишь частью обычного термодинамического, или е-потенциала, однако проявляющаяся только при относительном перемеще­нии фаз и обладающая рядом особых свойств. Этот потенциал получил название электрокинетического, или ^,-потенциала (дзета -потенци ал).

Изучение связи, существующей между направлением и ско­ростью электрофореза или электроосмоса, с одной стороны, и направлением и напряженностью электрического поля —-с другой, позволяет получать сведения о знаке и величине заряда дисперсных частичек, а также об их строении.