59. Электрокинетические явления 2-го рода: история их открытия, характеристика и практическое приложение.

Потенциал течения (или протекания) - явление противоположное электроосмосу, открыто в 1859 г. Квинке (рис. 1.8, а). Оно заключается в возникновении разности потенциалов при протекании растворов электролитов через пористые материалы и мембраны под действием разности давлений. Жидкость, движущаяся по капиллярам пористого тела, является носителем поверхностного электрического тока (тока течения). При переносе зарядов по капилляру на его концах возникает разность потенциалов, вызывающая встречный объемный поток ионов противоположного знака.

При установлении равновесия между потоками ионов разность потенциалов принимает постоянное значение, равное потенциалу течения.

Потенциал течения необходимо учитывать в случае протекания по трубопроводам нефти, бензина и других видов топлива. Для неполярных жидкостей, у которых мала удельная электропроводность, по сравнению с водой, потенциал течения может достигать несколько тысяч киловольт. Такое высокое напряжение является причиной взрывов и пожаров на нефтеперерабатывающих заводах и в танкерах, что требует осторожности при заливке топлива в самолёты.

Данное явление необходимо учитывать при разработке медицинской аппаратуры, так как возможно возникновение биопотенциалов при течении крови.

Потенциал оседания (седиментационный потенциал)

явление, противоположное электрофорезу, было открыто в 1878 г. Дорном (рис. 1.8, б)/ Потенциал оседания возникает при оседании частиц дисперсной фазы в жидкой дисперсионной среде.

При наличии ДЭС вместе с частицей дисперсной фазы перемещаются и противоионы диффузного слоя, которые в силу молекулярного трения отстают от движущейся частицы, что приводит к разрыву ДЭС. При этом осадок приобретает поверхностный заряд, который имеют потенциалопределяющие ионы, а дисперсионная среда - заряд, знак заряда которого определяется противоионами.

При равновесии седиментационный ток и ток в дисперсионной среде становятся равными. Из этого баланса вытекает уравнение, определяющее потенциал оседания (Uoc.) для монодисперсной системы со сферическими частицами радиуса г:

Потенциал оседания является причиной возникновения зарядов в каплях воды при их движении в атмосфере. Потенциалы оседания, возникая в эмульсиях, могут создавать явление пожароопасности.

Причиной возникновения потенциалов течения и оседания является относительное перемещение фаз, поэтому они получили название электрокинетических явлений II - го рода.

Главная особенность электрокинетических явлений заключается в том, что процессы, протекающие в электрическом поле с участием дисперсных систем, не подчиняются законам Фарадея.

Само существование электрокинетических явлений указывает на то, что в месте контакта твердых частиц дисперсной фазы с жидкой дисперсионной средой имеется двойной электрический слой. Так как и твердые частицы дисперсной фазы, и жидкая дисперсионная среда обладают определенными зарядами, имеющие противоположные знаки.

60. Как можно повлиять на смачивание поверхности? В чем выражаются явления гидрофилизации и гидрофобизации твердых поверхностей? Как влияет неоднородность и шероховатость твердых тел на их смачивание и адгезию?

Факторы, влияющие на краевой угол смачивания:

• пленки оксидов, образующиеся на легко окисляющихся поверхностях;

• гистерезис смачивания – способность жидкости при контакте с твердым

телом образовывать устойчивые краевые углы, отличные по значению от равновесных краевых углов смачивания;

• шероховатость поверхности;

• следовые количества веществ, загрязняющих поверхность.

Если между нанесенными на поверхность водой и неполярным углеводородом краевой угол меньше 90° со стороны воды, то поверхность называют гидрофильной или олеофобной. Если же краевой угол меньше 90° со стороны углеводорода, то поверхность будет олеофильной или гидрофобной.

Гидрофильную поверхность имеют, например, оксиды и гидроксиды металлов, силикаты, сульфаты, карбонаты. Гидрофобной поверхностью обладают органические с большим содержанием углеводородных групп, сульфиды металлов и др.

Эффективно влиять на смачивание можно с помощью поверхностно-активных веществ (ПАВ): при добавлении ПАВ в водные растворы краевые углы капель на гидрофобных поверхностях уменьшаются, и наблюдается переход от несмачивания к смачиванию.

Шероховатость поверхностей твердых тел изменяет равновесный угол и характеризуется микрорельефом поверхности твердого тела, т. е. наличием на ней выступов и впадин . Влияние шероховатости на равновесный краевой угол легко учесть при условии, что размер капли значительно больше среднего размера выступов и впадин на поверхности. При смачивании cosθ>0, поэтому шероховатость, увеличивая cos θ, уменьшает угол смачивания, т. е. смачивание улучшается. Если cosθ < 0 (лиофобная поверхность), то шероховатость, увеличивая отрицательную величину cos θ, способствует росту угла смачивания, т. е. смачивание ухудшается.

Максимальная адгезия твердых тел практически недостижима из-за неровности их поверхностей, соприкосновение которых происходит только в отдельных точках.