Явище електрофорезу

Явище переміщення частинок золя в електричному полі до електроду, знак якого протилежний знаку заряду частинок, називається електрофорезом.

Спостерігаючи електрофоретичний рух частинок, можна встановити знак заряду частинок, а також визначити електрокинетичний потенціал (-потенциал), від якого залежить стійкість золя.

Розрахунок  -потенциала проводять по формулі (для частинок циліндричної форми)

U 

де — в'язкість середовища; U— електрофоретична швидкість частинки; — діелектрична проникність; H — градієнт потенціа ла;

Градієнт потенціа ла обчислюють по рівнянню Н = Е / l;

де Е — електрорушійна сила, В; l — відстань між електродами, м.

Для часток сферичної форми для розрахунку  -потенциалу використовують формулу

6U 

Величина електрокінетичного потенціалу залежить від концентрації іонів електролітів в розчині і від їх заряду. Чим більша концентрація електроліту, тим менша товщина дифузійної частини подвійного електричного шару і тим менше  -потенциал.

Коли всі іони дифузійного шару перейдуть в адсорбційний,  = 0.

Приклад 2 Електрокинетичний потенціал частинок гідрозоля 50 мВ. Прикладена зовнішня е. р. с. 240 В, а відстань між електродами 40 см. Обчислити електрофоретичну швидкість частинок золя, якщо форма їх цилиндрична. В'язкість води 0,001 Па^.с, а діелектрична проникність середовища 81.

Рішення

З формули U  знаходимо електрофоретичну швидкість частинок U =  Н/.

Градієнт потенціа ла обчислюють по рівнянню Н = Е / l;

Н = Е / l = 240 / 0,4 = 600 В/м

0,05 ^. 81 ^. 600 1

U = ------------------- --------- = 2,15 ^. 10^-5 м/с

4 ^. 3,14 ^. 0,001 9^.10⁹

1/9^.10⁹ — коефіцієнт, що виражає діелектричну проникність  в одиницях системи СІ, Ф/м.

ЗАВДАННЯ ДО САМОСТІЙНОЇ РОБОТИ

ВАРІАНТ 1

1 Обчислити  -потенциал частинок глини, якщо при градієнті потенціалу 10 В/см частинки проходять 5 ділень шкали за 5 с (60 діленням шкали відповідає 1 мм). В'язкість середовища 0,001 Па.с, діелектрична проникність дорівнює 81. Форма частинок сферична.

2 Золи яких речовин: гідроксиду феруму (III), силікатної кислоти, трьохсірчистого арсену, иодида аргентуму (позитивний золь), иодида аргентуму (негативний золь) слід змішати, щоб відбулася взаємна коагуляція?

ВАРІАНТ 2

1 Обчислити  -потенциал частинок суспензії, якщо електрофоретична швидкість їх є 1,99^.10^-4 см/с. Падіння потенціалу складає 0,57 В/см. Діелектрична проникність рівна 81, в'язкість середовища

1 ^. 10^-3 Па^. с. Частинки рахувати циліндрової форми.

2 Коагуляція негативного зола трьохсірчистого арсену викликається катіонами. Пороги коагуляції для електролітів КNО₃, МgСl₂ і АlСl₃ відповідно рівні 50,0; 0,72; 0,93 ммоль/л. Як відносяться між собою коагулюючі здатності катіонів різної валентності?

ВАРІАНТ 3

1 Обчислити  -потенциал частинок зола Fе(OН)₃ , використовуючи наступні дані досліду: зовнішня е. р. с. 200 В, відстань між електродами 22 см, зсув межі золя відбувається на 2 см за 15 хв. Діелектрична проникність 81, в'язкість 1^. 10^-3 Па^. с. Форму частинок вважати сферичною.

2 Для позитивного золя А1(ОН)₃ коагулюючими іонами є аніони. Пороги коагуляції солей з однозарядними аніонами близькі між собою і складають в середньому 10,69 ммоль/л. Солі з двузарядними аніонами мають теж близькі між собою пороги коагуляції 0,200 ммоль/л.

У скільки разів коагулююча здатність двозарядних аніонів більша за однозарядних?

ВАРІАНТ 4

1 Для вивчення явища коагуляції були узяті золь Fe(OH)₃ i 0,01 н K₂SO₄. Розчин електроліту розбавили водою у відповідності 1:1, 1:2, 1:4, 1:6, 1:7, 1:8, 1:15. У сім пробірок відміряли по 10 см³ золя і додали по 5см³ відповідного розбавленого розчину K₂SO₄, збовтали, дали постояти. При цьому спостерігали:

Розбавлення .... 1:1 1:2 1:4 1:6 1:7 1:8 1:15

Коагуляція . . . осад осад осад осад муть — —

Обчислити поріг коагуляції для K₂SO₄ (г-екв/л).

2 Електрофорез золя Fе(OН)₃ відбувався за наступних умов: градієнт потенціалу 500 В/м, переміщення частинок за 10 хв на 12 мм, діелектрична проникність рівна 81, вязкість —

1^.10^-3 Па^.с. Обчислити  -потенциал частинок золя. Форма частинок сферична.

ВАРІАНТ 5

1 Обчислити  -потенциал частинок золя Аs₂S₃, якщо при вимірюванні електрофоретичної швидкості частинок прикладена зовнішня е. р. с. 240 В, відстань між електродами 30 см, переміщення частинок за 10 хв 14,36 мм. Діелектрична проникність 81, в'язкість 1,005^.10^-3 Па^.с. Форма частинок циліндрова.

2 Золь иодида аргентуму одержаний змішенням рівних об'ємів розчинів иодида калія і нітрату аргентуму. Пороги коагуляції с для різних електролітів і даного золя мають наступні значення (ммоль/л): C_Ca(NO3)2 = 315; C_NaCl = 300; C_MgCl2 = 320; C_Na3PO4 = 0,6; C_Na2SO4 = 20; C_AlCl3 = 330.

У якого з електролітів: КI або АgNO₃ — концентрація більше? Дайте обгрунтовану відповідь.

ВАРІАНТ 6

1 Обчислити градієнт потенціалу, якщо  -потенциал частинок зола Fе(OН)₃ рівний 52,5 мВ, електрофоретична швидкість частинок 3,74^.10^-4 см/с. В'язкість середовища 1,005^.10^-3 Па^.с, а діелектрична проникність 81. Форма частинок циліндрова.

2 До 100 см³ 0,03% (мас. частки, %) розчину хлориду натрію додано 250 см³ 0,001 н. АgNО₃. Для отримання коагуляції до одержаного золю хлориду аргентуму додані наступні електроліти: КВr, Ва(NО₃)₂, К₂СrО₄, МgSО₄, АlСl₃. Який з добавлених електролітів має найменший поріг коагуляції: найменшу коагулюючу здатність?

ВАРІАНТ 7

1 Обчислити електрофоретичну швидкість частинок золя золота, якщо градієнт потенціалу рівний 1000 В/м, а  -потенциал складає 58,мВ. В'язкість середовища 1,14^.10^-3 Па^.с, а діелектрична проникність 81. Частинки мають циліндрову форму.

2 Пороги коагуляції електролітів для золя АgI (ммоль/л):

С_КС1 = 256,0; C_Ba(NO3)2 = 6,0; C_Al(NO3)3 = 0,067; С_KNO3 = 260,0; C _Sr(NO3)2 = 7,0.

Визначити знак заряду частинок зола і обчислити коагулюючу здатність кожного з електролітів.

ВАРІАНТ 8

1 Обчислити електрофоретичну швидкість частинок глини, якщо  -потенціал частинок 48,8 мВ. Різниця потенціалів між електродами рівна 220 В, а відстань між ними 44 см, в'язкість 10^-3 Па^.с, діелектрична проникність 81. Форма частинок сферична.

2 Пороги коагуляції електролітів (ммоль/л) для даного золя виявилися рівними:

С_KNO3 = 50,0; C_MgCl2 = 0,717; C_AlCl3 = 0,093; C_NaCl = 51,0; C_MgSO4 = 0,810; C_Al(NO3)3 = 0,095.

Визначити знак заряду частинок золя.

ВАРІАНТ 9

1 Обчислити електрофоретичну швидкість частинок золя трьохсірчистого арсену, якщо

 -потенціал частинок рівний 89,5 мВ; різниця потенціалів між електродами 240 В, відстань 20 см; в'язкість 0,001 Па^.с; діелектрична проникність 81. Формулу частинок прийняти циліндровою.

2 Золь хлориду аргентуму одержаний змішенням рівних об’ємів 0,0095 М КС1 і 0,012 Н АgNО₃. Який з електролітів: К₃[Fе(СN)₆], К₄[Fе(СN)₆] або МgSО₄ — володітиме найменшою коагулюючою здатністю?

ВАРІАНТ 10

1 У якому напрямі переміщатимуться в електричному полі частинки золів Fе(ОН)₃, силікатної кислоти, трьохсірчистого арсену, а також частинки суміші рівних об'ємів позитивного і негативного золів броміду аргентуму?

2 Яка кількість 0,01 М К₂Сr₂О₇ (см³) потрібно додати до 1 л золя А1(ОН)₃, щоб викликати його коагуляцію? Поріг коагуляції 0,63 ммоль/л.