29.Гельмголц қэқ теориясын талқылаңыз.

Қос электрлік қабаттың қүрылысы

Бұл тақырыпты баяндауды жеңілдету үшін жазық электрлік қабатты қарастырамыз. Ал шын мәнінде коллоидтық ертінділерде және уақ тесікті денелерде бұндай жазық қабаттар іс жүзінде кездеспейді. Егер қос электрлік қабаттың қалыңдығы беттің қисықтылығының радиусынан кіші болса, онда электрлік қабатты жазық деп қарастыруға болады.

Бұдан басқа қос электрлік қабатты қарастырғанда тағы басқа жалпы жағдайларды еске алу керек. Ол жағдайларды қос электрлік қабаттың теориясын жасағанда теория авторлары еске ала отырып жасаған қос электрлік қабат дисперстік фазамен салыстырмалы түрде мықты байланысқан иондардан және оған эквивалентті мөлшердегі сұйық дисперсиялық ортада болатын заряды қарама-қарсы иондардан (қарсы иондардан) тұрады. Беттегі заряд бүкіл бетке бірқалыпты тараған беттік заряд деп қарастырылады. Қарсы иондар мен қос электрлік қабатқа кірмейтін қарсы иондардың зарядымен зарядтас, ертіндіде болатын бос иондардың арасында динамикалық тепе-теңдік болады. Дисперсиялық ортаны қос электрлік қабатқа әсері тек диэлектрлік тұрақтылығымен болатын шексіз фаза деп қарастыруға болады.

Міне осы жоғарыда айтылған жағдайларды еске алатын болсақ онда қос электрлік қабаттың құрылысының теорияларының айырмашылығы, сол қарсы иондардың қабаттарының құрылысын әртүрлі түсіндірумен шектеледі. Енді осы қос электрлік қабаттың құрылысының теорияларына тоқталайық.

Гельмголц ҚЭҚ теориясын талқылаңыз

Бұл теория бойынша қос қабат бір жағы қатты дене бетінде екінші жағы қарама-қарсы зарядталған сұйықтыққа толатын жазық конденсатор есебіне қарастырылады. Әрине, ол екі жақтың арасын өте жақын деп есептейді. Бұндай қос қабаттың потенциалы жазық конденсатордың потенциалына тең, осы екі жақтың арасында өте күрт өзгеретін болады да, ал беттік зарядтың мәні (q) физикаданбелгілі мына формуламен анықталады:

Мұндағы: – ортаның диэлектрлік тұрақтылығы; – дисперстік фаза мен дисперсиялық ортаның потенциалдарының айырмасы; – конденсатордың екі жағының ара қашықтығы.

4.12-суреттегі штрихталғанбөлік дисперстік фазаны, ал штрихталмағанбөлік – дисперсиялық ортаны көрсетеді. Қос электрлік қабатты түзетін потенциал анықтағыш ион мен қарсы ион (+) және (-)пен белгіленген. Бұл суретте қос электрлік қабатта ғана емес оған қоса потенциалдың жалпы мәні, қатты фаза мен ерітінді арасындағы потенциалдың мәнін суреттегі қос электрлік қабаттың құрылысының сұлбасы электркинетикалық құбылыстардың көп ерекшеліктерін түсіндіре алмайды. Осы сұлбаның негізгі кемшіліктерін айта кеткен жөн. Гельмгольц-Перрен жасаған теория бойынша қос электрлік қабаттың қалыңдығы өте аз, молекуланың шамасындай ғана. Ал гидродинамикалық зерттеулердің нәтижесінде қос электрлік қабаттың қалыңдығы одан да көп болатын белгілі болды. Егер Гельмгольц-Перрен теориясы дұрыс болса, онда электркинетикалық құбылыстар болмау керек еді, ал олардың болатыны бізге мәлім. Егер, бұрындағыдай сырғу жазықтығы қос электрлік қабаттағы екі жақтың арасында болады деп есептесек те Гельмгольц - Перрен теориясының дұрыс емес екенін көруге болады. Шындығында да егер электросмос, электрфорез құбылыстарындағы электркинетикалық потенциалдың мәнін алып қарастырсақ, егер жоғарғы теория дұрыс болатын болса электркинетикалық потенциалдың мәні, потенциал анықтағыш ион мен жалпы қарсы ионның арасындағы потенциалдар айырмасына тең болуы керек. Ал көптеген тәжірибелер электркинетикалық потенциалдың жалпы потенциалдан кем екенін және оның көптеген факторларға байланысты екенін көрсетті.

30.Гуи Чемппен. Алайда иондардың орналасу тәртібі бұл айтылғандардан күрделірек. Потенциал анықтаған иондарға таңбасы қарама-қарсы иондардың (қарсы иондардың) біраз бөлігі жылулық қозғалыстың салдарынан қатты фазаның бетінің маңайында диффузиялық иондық атмосфера түзіледі. Нәтижесінде қарсы иондардың біраз бөлігін бетінен молекулалық өлшемнен артығырақ қашықтыққа қашықтайды. (10.13 б сурет) Қос электрлік қабаттың мұндай құрылысын (оның қалыңдығы 1- ден 10 мкм-ге дейін болады) Гуи ұсынған болатын. Бұл жере термодинамикалық потенциалдың өзгеруі де күрделі болады.

10.13-сурет. Қос электрлік қабаттың сұлбасы. a)Гельмгольц бойынша; б) Гуи бойынша; в) Штерн бойынша; Жоғарыда иондардың орналасуы; төменде потенциалдың азаюы; φ-термодинамикалық потенциал; ζ-электрокинетикалық потенциал

31. Штерн қос электрлік қабаттың басқа бір құрылысын ұсынды. Оның пікірінше қатты фаза бетінде иондар потенциал анықтайтын және қарсы иондар арасында тек электростатикалық күштер емес, сонымен қатар адсорбциялық күштер де болады, соның нәтижесінде қарсы ионның біраз бөлігі тығыз қабатта (Гельмгольц қабатында ) орналасады да, қалған бөлігі диффузиялық қабатта болады, яғни оның ҚЭҚ-тың құрылысы Гельмгольц пен Гуи ұсынған құрылыстардың аралық жағдайы болады екен.

ҚЭҚ-тың қозғалмалы (диффузиялық) және қозғалмайтын (адсорбциялық) бөліктерінің арасындағы потенциалдар айырымы электрокинетикалық немесе ζ - потенциал (дзета потенциал) деп аталынады.

Жоғарыда айтылған электрокинетикалық құбылыстар осы ζ- потенциалымен сипатталады.

Егер барлық иондар бөлшекке тәуелсіз болса, онда кәдімгі иондардың тасымалдануы болар еді. Алайда коллоидық бөлшектер өзіне адсорбцияланған бөлшектермен бірге өзіне тығыз орналасқан қарсы иондардың біраз бөлігін қосып қозғалады . Ол иондар жағында қарастырылған қос электрлік қабаттың тығыз (Гельмгольц) қабатындағы иондарға сәйкес келеді.

Сол себепті электр өрісіндегі иондардың ығысуының шекарасы бөлшектердің бетінің шекарасына сәйкес келмейді, біразы ерітінді жаққа қарай ығысқан болады .

Коллоидтық бөлшектердің электр өрісіндегі қозғалу жылдамдығы оның потенциалына пропорционал болады. Егер коллоидтық бөлшек қарсы иондарсыз қозғалса, онда өлшенетін потенциал бөлшектің беті ерітінді арасындағы потенциалдардың айырымына, яғни электрохимияда анықталатын толық немесе термодинамикалық потенциалға φ сәйкес болар еді.

Алайда, іс жүзінде қарсы иондардың біраз бөлігі бөлшекпен бірігіп қозғалатындықтан, электр өрісінде қозғалу бойынша анықталатын потенциал (дзета- потенциал) ζ жалпы потенциалдың φ тек бір бөлігі болып табылады. ζ - потенциал электрокинетикалық құбылыстарды яғни түсіндіріп қоймайды, оның коллойдтық жүйенің тұрақтылығын түсіндіруде де маңыз зор.