Электрокинетические явления (6)
Эффекты, не учитываемые уравнением Гельмгольца-Смолуховского для электрофореза
Электрофоретическое торможение |
Релаксационный эффект |
Обусловлено сопротивлением движению частицы обратным потоком противоионов, которые увлекают за собой жидкость.
При r ~ вводят поправку Гюккеля –
множитель k = 1 ÷ 3/2
= k u0
0 E
Проявляется в нарушении симметрии распределения зарядов диффузного слоя вокруг частицы при относительном движении фаз в противоположные стороны.
Вследствие данных эффектов, экспериментально измеренные значения
электрофоретической подвижности получаются заниженными.
7
Электрокинетические явления (7)
Определение ζ-потенциала методом электроосмоса
1 - корпус; 2 - штуцеры; 3 - капилляры; 4 - накидная гайка; 5 - мембрана; 6 - втулка; 7 - прокладки из фильтровальной бумаги; 8 - электроды, подсоединяемые
к источнику постоянного тока;
9– агар-агаровые электродные мостики;
10- стаканы с раствором сульфата меди.
Переход к объемной скорости электроосмоса v :
|
v = u s = |
0 E s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E = |
V |
; |
|
V = IR; |
R = |
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
s v |
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
|
откуда |
|
E = |
|
IL |
= |
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ls v |
s v |
|
|
|
|
|
После подстановки E в выражение для v : |
|
v = 0 s |
I |
= 0 I ; = vv |
; при r |
|
|
|
s v |
v |
|
0 I |
|
|
|
s- поперечное сечение всех пор (капилляров);
v - удельная электропроводность жидкой фазы;
I - сила тока;
R - сопротивление;
r - радиус пор мембраны;
- толщина диффузного слоя.
8
Электрокинетические явления (8)
Эффекты, не учитываемые уравнением Гельмгольца-Смолуховского для электроосмоса
Если радиусы пор (капилляров) сопоставимы с толщиной диффузного слоя, то в уравнение вводят поправку на поверхностную проводимость κs, которая всегда положительна.
= v( v + s )
0 I
Поверхностная проводимость κs – удельная электропроводность в неподвижной части двойного электрического слоя.
Электрокинетические явления (8)
Потенциалы течения и седиментации
= U
0 p
U - разность потенциалов (потенциал течения);- удельная электропроводность жидкой фазы;p - перепад давления.
E - напряженность электрического поля; cv - объемная доля дисперсной фазы;
- плотность частиц; 100- плотность дисперсионной среды.
Агрегативная устойчивость и коагуляция дисперсных систем
Общие вопросы устойчивости (1)
Устойчивость дисперсных систем – постоянство их свойств во времени. Основными свойствами являются дисперсность, распределение частиц
дисперсной фазы по объему и межчастичные взаимодействия.
Устойчивость
|
|
Седиментационная |
|
|
|
Агрегативная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Устойчивость к осаждению |
|
Устойчивость к коагуляции |
|
(отсутствие осаждения) |
|
(отсутствие агрегации) |
|
Агрегативная |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
устойчивость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Термодинамическая |
Кинетическая |
|
|
|
|
|
|
|
Общие вопросы устойчивости (2)
Факторы седиментационной устойчивости
Кинетическая седиментационная устойчивость:
КСС = |
1 |
; S |
|
= |
m |
= |
2r2 |
( − 0 ) |
; КСС = |
9 |
Ss |
s |
B |
|
9 |
2r2 ( − 0 ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Зависит от: , r2 , − 0
Термодинамическая седиментационная устойчивость:
|
k |
T ln |
c0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
ch |
|
с0 |
|
|
kБT |
|
kБT |
h = |
|
|
; |
= e, h = |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
mg |
сh |
e |
|
mg |
(4 / 3) r3 ( − 0 )g |
|
|
|
|
|
|
|
Зависит от: |
, r3 , |
− 0 , T |
Общие вопросы устойчивости (3)
Классификация дисперсных систем по Ребиндеру
|
|
Дисперсные системы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Gs = s |
|
|
Лиофильные |
|
|
Лиофобные |
|
|
|
|
|
Самопроизвольное образование ге-терогенной свободнодисперсной системы (самопроизвольное диспергирование одной из фаз).
Крайне низкие σ и Gs. Термодинамически устойчивы.
Принудительное образование гетерогенной свободнодисперсной системы (образование в результате диспергирования и конденсации).
Избыток поверхностной энергии изза высокого межфазного натяжения. Характерны процессы, приводящие
к снижению Gs. 4
Общие вопросы устойчивости (4)
|
|
|
|
|
|
|
Критерий Ребиндера-Щукина |
|
max |
= |
k |
Б |
T |
max - максимальное межфазное натя- |
|
|
|
|
жение, при котором обеспечивается |
|
a2 |
|
|
|
термодинамическая устойчивость дис- |
|
|
|
|
|
|
|
|
cr от 10-4 до 1 мДж/м2 |
персной системы. |
Лиофильные системы: |
Лиофобные системы: |
межфазное натяжение ≤ max. |
межфазное натяжение > max. |
|
max |
a2 = k |
Б |
T ; Gs |
|
max |
a2 ; E k |
Б |
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
Фактически, критерий Ребиндера - Щукина устанавливает определенное |
|
соотношение между поверхностной и кинетической энергией частиц. |
5 |
Агрегативная устойчивость и коагуляция
дисперсных систем
Растворы ПАВ как лиофильные дисперсные
системы
