§28. Электрокинетические явления. Электрокинетический потенциал

 

Изучение строения коллоидных частиц показало, что на поверхности ядер частиц образуется двойной элект­рический слой, состоящий из адсорбционного и диффузионного слоев. Адсорбционный слой содержит потен­циаллопределяющие ионы и часть противоионов, остальная часть противоионов составляет диффузный слой.

При движении жидкости относительно твердой поверхности на границе адсорбционной и диффузной частей двойного слоя возникает разность потенциалов, называемая электрокинетическим потенциалом или дзета-потенциалом.

Электрокинетический потенциал зависит от толщины диффузной части двойного слоя. Чем толще диффузный слой, тем больше электрокинетический потенциал, тем больше силы электростатического отталкивания, дейст­вующие между коллоидными частицами, тем выше устойчивость коллоидной системы. При переходе ионов диффузного слоя в адсорбционный происходит умень­шение толщины диффузного слоя, понижение электро­кинетического потенциала и устойчивости коллоидной системы.

В некоторых условиях электрокинетический потен­циал становится равным нулю — коллоидная система находится в изоэлектрическом состоянии. При этом диф­фузный слой исчезает, что способствует сближению коллоидных частиц до таких расстояний, при которых силы молекулярного сцепления становятся больше элек­тростатического отталкивания и частицы начинают сли­паться в более крупные агрегаты, т. е. коллоидная си­стема становится агрегативно неустойчивой. Однако следует отметить, что, как доказано экспериментально, коагуляция наступает не в изоэлектрическом состоянии, а несколько раньше.

Явления относительного движения фаз вдоль поверх­ности раздела, приводящего к возникновению электри­ческого поля (потенциала), называют электрокинети­ческими.

Электрофорез и электроосмос. Подобно тому как по­лучает заряд коллоидная частица, может заряжаться поверхность любого твердого тела, опущенного в раствор электролита или чистой воды.

В суспензиях и коллоидных растворах носителем подобного двойного электрического слоя являются свобод­но перемещающиеся (броуновское движение) в жидкой дисперсной среде твердые частицы дисперсной фазы. Если к такой системе с наличием двойного электрического слоя на границе двух фаз приложить электрическое поле, то начнется направленное перемещение твер­дых взвешенных частиц — электрофорез и противопо­ложно направленное смещение жидкой фазы — электро­осмос.

Явление электрофореза и электроосмоса впервые об­наружил в 1808 г. проф. Московского университета Ф. Ф. Рейсс.

 

В кусок сырой глины Рейсс поместил две стеклянные трубки (рис. 41), на дно которых насыпал слой чистого песка, трубки заполнил водой и в них вставил электро­ды. При пропускании электрического тока через некото­рое время можно было заметить, что в анодной трубке появились частицы глины (муть), а уровень воды в ка­тодной трубке повысился, причем вода в ней по-преж­нему осталась прозрачной.

Явление перемещения частиц дисперсной фазы в электрическом поле к электроду, знак которого противо­положен заряду частиц, называется электрофорезом. Явление переноса жидкости (дисперсионной среды) через пористые диафрагмы под действием электрического тока называется электроосмосом.

В простейшем случае электрофорез можно изучать при помощи прибора, схема которого приведена на рис. 42. Если через коллоидный раствор в U-образной трубке пропустить постоянный электрический ток, то гранулы перемещаются к одному электроду, а противоионы к другому, причем границей скольжения каждой коллоидной частицы служит поверхность адсорбцион­ного слоя с потенциалопределяющими ионами. Ско­рость движения коллоидных частиц лишь немного усту­пает скорости движения ионов в связи с большей мас­сой коллоидных частиц.

Электрокинетические явления имеют большое практи­ческое значение. Так, с помощью электрофореза можно разделить на фракции такие сложные системы, как бел­ки. Электрофорез применяют для нанесения тонкого слоя частиц коллоидных размеров на поверхность по­крываемого предмета, например каучука или красок на металлические поверхности, некоторых оксидов на электроды радиоламп и т. д. На электрофорезе основа­на работа электрофильтров — дымоулавливателей. Электроосмос используют при обезвоживании пористых материалов. Влажная масса (торф, древесина) помеща­ется между электродами, и вода в образовавшемся электрическом поле передвигается к одному из электро­дов и стекает. Электроосмос применяют для обезвожи­вания в комбинации с давлением при фильтровании. Такие фильтры называются электроосмотическими.