§ 7. Электрокинетический потенциал и его свойства

Как уже говорилось, ^-потенциал возникает на границе между адсорбционным и диффузным слоями. Величина его определяется разностью между общим числом зарядов потен-циалопределяющих ионов и числом зарядов противоионов, находящихся в адсорбционном слое. ^-Потенциал всегда яв-яется только частью е-потенциала. Он уменьшается по мере увеличения числа противоионов в адсорбционном слое и может стать равным нулю, если общий заряд противоионов станет равным заряду потенциалопределяющих ионов. В этом слу­чае гранула не будет заряжена, т. е. она будет находиться в изоэлектрической состоянии. Таким образом, изоэлектриче-ским состоянием коллоидной мицеллы называется состояние, когда ^-потенциал гранулы равен нулю. Как и белки, коллоид­ные частички в изоэлектрической состоянии обладают наименьшей устойчивостью и, наоборот, чем больше электро­кинетический потенциал, тем выше устойчивость коллоидных частичек, так как наличие заряда препятствует их объе­динению.

Толщина диффузного слоя, а также величина (^-потенциала сильно зависят от концентрации электролитов в растворе. При этом на толщину диффузного слоя оказывает влияние кон­центрация не только электролита-стабилизатора, но и посто­ронних электролитов. При высоких концентрациях электро­литов диффузный слой уменьшается, в адсорбционный слой переходит большее количество противоионов и ^-потенциал уменьшается.

В разбавленных растворах величина диффузного слоя мо­жет достигать значительных размеров (порядка 10"⁶ м), в то время как толщина адсорбционного слоя составляет доли на­нометра; в этих условиях величина ^-потенциала достигает максимальных значений, приближающихся к значениям е-по-тенциала.

На основании изложенного можно объяснить, почему £-потенциал под влиянием посторонних электролитов так легко изменяет не только свою величину, но и знак. Активное воз­действие на электрокинетический потенциал в этом случае принадлежит тем ионам добавленного электролита, которые по отношению к потенциалопределяющим ионам являются противоионами. Степень такого воздействия определяется зарядом и величиной радиуса противсиона. Чем больше за­ряд и чем меньше радиус сольватированного иона, тем силь­нее его влияние на ^-потенциал. Это, очевидно, связано с ад­сорбционной способностью ионов. Например, многозарядные ионы (Al³⁺, Th⁴⁺) даже при малых концентрациях могут не только снизить ^-потенциал, но и изменить его знак на проти­воположный.

Для белковых систем величина ^-потенциала зависит от рН среды. В зависимости от рН среды подобные системы могут изменять и знак электрокинетическою потенциала. Таким об­разом, по величине ^-потенциала можно судить об устойчи­вости дисперсной системы, ее структуре и электрокинетиче­ских свойствах.

Электрокинетический потенциал нельзя измерить, его рас­считывают, определяя скорость движения дисперсной фазы при электрофорезе или дисперсионной среды при электроос­мосе.

Скорость электрофореза (электрофоретическую подвиж­ность) можно рассчитать по уравнению Гельмгольца — Смолу-ховского:

V = ^L, (VI.15)

4яг|

где в — диэлектрическая проницаемость среды; t, — электро­кинетический потенциал; H — напряженность электрического поля; т) — вязкость среды.

Величина H выражается отношением разности потенци­алов к расстоянию между электродами: H = EIL Тогда

^и_{- <}^VU6_>

откуда рассчитывается значение дзета-потенциала:

E = ^. (VI.17)

В настоящее время электрофорез находит широкое приме­нение в технике при электроосаждении частичек из золей, сус­пензий и эмульсий. Таким способом получают ровные и проч­ные покрытия на металлах, погруженных в качестве электро­дов в суспензию (например, декоративные и антикоррозион­ные покрытия, электроизоляционные пленки). Особенно боль­шое значение приобретает в современной технике электрофо-ретическое получение тонких полупроводниковых пленок.

Явление электроосмоса используется для осушки дамб, болотистых участков местности, сушки торфа, при строитель­стве магистралей. Для этого в почву вводят электроды и по­переменно меняют полюса; вода переносится к катоду, откуда удаляется откачиванием.