23.Проаналізуйте будову міцели ліофобного колоїду. Дайте назву іонам, які входять до складу міцели. З яких частин складається міцела?

Міцела – частина дисперсної фази, що оточена подвійним електричним шаром. Будова міцели залежить від умов утворення. Наприклад, будова міцели AgI, яку отримано внаслідок хімічної реакції (в надлишку KІ):

AgNO₃ + KI = AgI + KNO₃

Основою такої колоїдної частинки є електронейтральний агрегат (рис. 4.3). Він зазвичай складається з декількох сотень або тисяч атомів і являє собою кристали малорозчинної сполуки. Саме в агрегаті зосереджена основна маса ліофобної міцели. На поверхні агрегату адсорбуються потенціалвизначаючі іони. Відповідно до правила Панета-Фаянса-Гана, це іони, які входять до складу кристалічної ґратки (у даному випадку це аніони І^-), або ізоморфні до цих іонів. Агрегат разом з потенціал визначаючими іонами називається ядром колоїдної частинки. Для ліофобних золів п приблизно на порядок менше, ніж т. Далі, безпосередньо на межі ядра знаходиться шар протиіонів (К⁺), які частково нейтралізують заряд поверхні. Утворюється тонкий адсорбційний шар, або шар Штерна. Ядро колоїдної частинки разом з адсорбційним шаром протиіонів називається гранулою. У шарі Штерна можуть специфічно адсорбуватися іони, що знаходяться у розчині. Тип протиіонів (як і потенціалвизначаючих іонів) залежить від умов приготування даного гідрозолю: від складу вихідних розчинів, від порядку зливання, від добавок, що вносяться (наприклад, стабілізаторів). При цьому гранула є компактною частинкою, а інші протиіони, що нейтралізують заряджену поверхню, роззoсереджені в дифузній частині ПЕШ. Гранула разом з дифузною частиною ПЕШ і називається міцелою. Таким чином, міцела загалом електронейтральна. Іноді термін «частинка» використовується замість терміна «гранула». Тоді кажуть про «заряд колоїдних частинок». У нашому прикладі гранула (частинка) заряджена негативно (рис. 4.3):

{[ AgI]_m·nI^- (n-x)K⁺}^x-x K⁺,

де [ AgI]_m – агрегат;

[ AgI]_m·nJ^- – ядро;

{[ AgI]_m·nI^- (n-x)K⁺}^x- – гранула.

Нехай цю ж міцелу добуто в надлишку AgNO₃

{[ AgJ]_m·nAg⁺(n-x) NO₃^-} ^x+xNO₃^-,

де nAg⁺ – потенціал визначаючі іони;

(n–x) NO₃^- – адсорбційний шар проти іонів;

xNO₃ – дифузійний шар протиіонів.

Міцела в ізоелектричному стані: {[ AgI]_m·nI^- nK⁺}⁰.

Рис. 4.3 Будова міцели AgI

24.Дайте визначення електрокінетичним явищам електрофорезу і електроосмосу. Наведіть приклади практичного застосування цих явищ.

Наявність на межі поділу фаз подвійного електричного шару, що має дифузійну будову, зубумовлює протікання електрокінетичних явищ у дисперсних системах. Особливі електричні властивості дисперсних систем спостерігав у 1808 році професор Московського університету Ф.Ф. Рейс, вивчаючи процеси електролізу води. Підводячи електричне поле до води, що знаходилась в U-подібній трубці, на дні якої був товчений пісок, він помітив перенесення рідини до катодного простору. Явище дістало назву електроосмос. Його сутність полягає в переміщенні рідини в електричному полі відносно нерухомої дисперсної фази. Умовна схема приладів для спостерігання електроосмосу та електрофорезу наведена на рис. 4.4.

Рис.4.4. Умовна схема приладів для спостерігання електрофорезу і електроосмосу

Дві скляні трубки занурюють у вологу глину. Трубки заповнюють водою і прикладають до їх кінців різницю потенціалів. Можна спостерігати помутніння води в лівому коліні. Це означає що частинки глини рухаються до позитивно зарядженого електрода. Явище дістало назву електрофорез – рух частинок дисперсної фази відносно нерухомої рідини. Згодом були винайдені зворотні електроосмосу та електрофорезові явища. Їх суть – у виникненні електричного потенціалу при механічному русі однієї фази відносно іншої. Ефект Квінке – під час продавлювання рідини крізь порувату діафрагму (глина, пісок, дерево, графіт) виникає різниця потенціалів (потенціал течії). Ефект Дорна – при осіданні частинок дисперсної фази під дією сили тяжіння виникає різниця потенціалів (потенціал седиментації).

При відносному переміщенні фаз відбувається розрив подвійного електричного шару за поверхнею ковзання. Площина ковзання проходить дифузійним шаром, і частина його іонів залишається в дисперсійному середовищі. В результаті дисперсійне середовище й дисперсна фаза виявляються протилежно зарядженими. Потенціал, що виникає на поверхні ковзання, називається електрокінетичним потенціалом чи ζ (дзета)-потенціалом.

Вираз для лінійної швидкості рідини відносно нерухомої дисперсної фази:

(4.25)

де Е – напруженість електричного поля; η – динамічна в’язкість; ε- діелектрична проникливість

Цей вираз для швидкості руху рідини при електроосмосі носить назву рівняння Гельмгольца-Смолуховського.

Електрокінетичні явища широко застосовуються в науці й техніці, а саме при нанесенні покриттів на різні поверхні електрофоретичним методом, при ґрунтуванні кузовів автомобілів, покритті катодів радіоламп, нагрівачів. Електрофорез у біології та медицині використовується для виявлення біохімічної та фізіологічної ролі різних речовин, а також для фракціонування полімерів. Електрофорез і електроосмос спостерігаються під час проходження струму крізь тканини тваринних організмів. Електрофорез запроваджено для очищення різних фармацевтичних препаратів (антибіотики, вітаміни). Практичне застосування електроосмосу обмежене через великі витрати електроенергії. Цей метод може використовуватися для вилучення вологи при осушуванні стін будівель, греблів, дамб, а також для просякнення матеріалів різними речовинами. Електрофорез є одним із методів уведення лікарських препаратів до організму людини.