Вопрос 62. Оптические свойства коллоидных систем. Уравнение Релея. Ультрамикроскопия.

Свойства

Когда луч света направлен на золь сбоку, то его путь обнаруживается на темном фоне в виде светящегося конуса ––конуса Тиндаля.

Основа появления конуса Тиндаля –– рассеяние света коллоидными частицами.

Если размер частицы меньше длины полуволны падающего света, то наблюдается дифракционное рассеяние света. Свет огибает частицы и рассеивается в виде волн, расходящихся во все стороны.

Это явление –– опалесценция, свойственно золям, проявляется как свечение матового цвета, чаще голубоватых оттенков. Уравнение Рэлея

Рэлей вывел уравнение, связывающее интенсивность опалесценции с размером частиц и концентрацией частиц в системе: J=J0KnV в кв/лямбда в 4 ст где I₀ – интенсивность падающего света, I_p – интенсивность опалесценции, I_p/I₀ – мутность системы, k –константа, с –концентрация (кг/м³),

  r – радиус частицы (м), λ –длина волны падающего света (м).

Ультрамикроскопия

При рассматривании в ультрамикроскопе золя видны беспрерывно движущиеся, разного цвета частицы, из которых наиболее мелкие выглядят как светящиеся точки. Интенсивность рассеяния света зависит от концентрации частиц, от их размера и формы. Ультрамикроскопия позволяет косвенно судить о массе, размерах и форме коллоидных частиц.

Впрос 63. Электрокинетические свойства коллоидных систем. Строение двойного электрического слоя. Электротермодинамический и электрокинетический(дзета) потенциал коллоидной частицы. Влияние различных факторов на величину дзета-потенциала. Потенциалы оседания, течения.

Строение двойного электрического слоя:

Первая теория строения ДЭС была развита Гельмгольцем; в представлении Гельмгольца двойной электрический слой подобен плоскому конденсатору, внутренняя обкладка которого находится в твердой фазе, а внешняя – в жидкости параллельно поверхности ядра на расстоянии порядка диаметра иона. Потенциал электрического поля внутри ДЭС f в этом случае линейно уменьшается с увеличением расстояния от поверхности r. Позднее Гуи предложил другую модель, согласно которой противоионы, благодаря тепловому движению, образуют вблизи твердой поверхности ядра диффузную ионную атмосферу. Уменьшение электрического потенциала ДЭС φ с увеличением расстояния r в этом случае происходит не линейно. Предложенная Штерном модель строения ДЭС объединяет ранние модели, учитывая как адсорбцию противоионов, так и их тепловое движение. Согласно этой модели, являющейся в настоящее время общепринятой, часть противоионов находится на расстояниях порядка диаметра иона от поверхности ядра, образуя т.н. слой Гельмгольца (адсорбционный слой противоионов), а другая часть образует диффузный слой (т.н. слой Гуи).

Коллоидная частица имеет два ДЭС.

1. Слой потенциалобразующих ионов и слой всех противоионов( на границе ядра и дисперсной среды)

2. Адсорбционный слой и диффузный слой( на границе гранулы и диффузного слоя)

Наличие двух ДЭС обуславливает возникновение электротермодинамического (Е) и электрокинетического ( ζ (дзета)) потенциалов.

Электротермодинамический потенциал(Е) возникает на границе ядра и среды, содержащей противоионы адсорбционного и диффузного слоев. Величина Е-потенциала определяется полным падением потенциала в адсорбционном и диффузном слоях от его значения на поверхности твердой частицы до нулевого значения в диффузном слое.

Е=Е*+ ζ , где Е – электродинамический потенциал,В

Е* – падение потенциала в адсорбционном слое,В

ζ – падение потенциала в диффузном слое,В

Електрокинетический потенциал( ζ (дзета)) возникает на границе скольжения дисперсной фазы(гранулы) и дисперсной среды, содержащей противоионы диффузного слоя. Величина ζ – потенциала равна падению потенциала в диффузном слое до нулевого значения.

Знак Е и ζ – потенциалов определяется знаком заряда гранулы.

Величина электрокинетического потенциала: ζ =Е-Е * и может изменяться от Е до 0.

При перемещении всех противоионов из диффузного слоя в адсорбционный ЕI=Е, а величина ζ=0.

При перемещении всех противоионов из адсорбционного слоя в диффузный величина ЕI=0, тогда Е=ζ.

На ζ – потенциал влияют:

1. Присутствие в дисперсной системе электролита

А) в увеличение концентрации электролита увеличивается ЕI, а ζ – потенциал снижается, что приводит к уменьшению диффузного слоя.

Б) Увеличение заряда противоионов вызывает более резкое снижение ζ – потенциала, т.к. они легче и в большем кол-ве переходят в адсорбционный слой, увеличивая в нем падение потенциала.

В)Увеличение радиуса противоиона повышает его способность проникать через границу скольжения в адсорбционный слой, потому что ионы с большим радиусом наименее гидратированы и обладают большей адсорбционной способностью.

Г)Природа парного иона. Чем больше заряд парного иона, тем сильнее они к себе притягивают противоионы и тем меньше их способность проникать в адсорбционный слой и снижать ζ – потенциал.

2. Повышение температуры коллоидного р-ра снижает ζ – потенциал за счет десорбции потенциалобразующих ионов с поверхности ядра.

3. Повышение концентрации коллоидного р-ра вызывает перекрытие диффузных слоев, увеличение плотности противоионов и переход их в адсорбционный слой – ЕI увеличивается, ζ – потенциал снижается.

Обратные электрофорезу и электроосмосу электрокинетические явления (т.н. электрокинетические явления второго рода) называются соответственно потенциал седиментации(оседания) и потенциал протекания(течения).

Потенциал оседания (эффект Дорна) – возникновение разности потенциалов при вынужденном движении дисперсной фазы относительно неподвижной дисперсионной среды (например, под действием силы тяжести).

Потенциал течения (эффект Квинке) – явление возникновения разности потенциалов при движении дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы (например, при продавливании электролита через пористое тело).