Тема 2.5.3. Электрокинетические явления. Электрофорез. Электроосмос. Расчет -потенциала по скорости электрофореза и электроосмоса. Понятие поверхностной проводимости

Электрокинетические явлениябыли открыты профессором Ф.Ф. Рейссом в 1908 году при исследовании электролиза воды. Рейсс поставил два эксперимента. В одном из них использовалU-образную трубку, перегороженную диафрагмой из кварцевого песка и заполненную водой (рис. 2.5.3.1).

При наложении электрического поля он обнаружил перемещение жидкости в колено трубки с отрицательно заряженным электродом, происходящее до тех пор, пока не установилась определенная разность уровней жидкости в коленах трубки (равновесие с гидростатическим давлением). Поскольку без диафрагмы это явление не наблюдалось, то последовал вывод о заряжении жидкости при контакте с частицами кварца. Явление перемещения жидкости в пористых телах под действием электрического поля получило названиеэлектроосмоса.

Во втором эксперименте были погружены в глину две стеклянные трубки, заполнены водой и после наложения электрического поля наблюдалось перемещение частиц глины в жидкости в сторону положительно заряженного электрода. Это явление получило название электрофореза (рис. 2.5.3.2). Таким образом, было обнаружено, что частицы имеют заряд, противоположный по знаку заряду жидкости.

Позже было открыто явление, обратное электроосмосу: при течении жидкости через пористое тело под влиянием перепада давлений возникает разность потенциалов. Это явление называется потенциал течения или протекания (рис. 2.5.3.3).

Затем было установлено, что потенциал течения не зависит от размера диафрагмы, количества фильтруемой жидкости, но, как и при электроосмосе, пропорционален объемной скорости фильтрации.

Количественное исследование эффекта, обратного электрофорезу, было проведено Дорном. Он измерял возникающую разность потенциалов при седиментации частиц суспензии кварца в центробежном поле. Явление возникновения разности потенциалов при осаждении дисперсной фазы получило название потенциал седиментации (оседания) или эффект Дорна (рис. 2.5.3.4). Таким образом, по причинно-следственным признакам электрокинетические явления в дисперсных системах делят на 2 группы: в первой движение фаз приводит к возникновению потенциала, во второй - приложение потенциала вызывает движение фаз.

Объяснение этих явлений: на поверхности твердых тел создается двойной электрический слой (ДЭС), имеющий диффузное строение. При относительном перемещении фаз происходит смещение двойного электрического слоя (ДЭС) по плоскости скольжения. Плоскость скольжения обычно проходит по диффузионному слою и часть его ионов остается в дисперсионной среде. В результате дисперсионная среда и дисперсная фаза оказываются заряженными противоположно по знаку. Потенциал, возникающий на плоскости, как уже было сказано ранее, называется электрокинетическим потенциалом (, дзета). Плоскость скольжения может находиться на разном расстоянии от межфазовой поверхности. Это зависит от скорости движения фаз, вязкости и других факторов. От этих же факторов зависит и значениепотенциала. Зависимость потенциала от концентрации показана на рисунке 2.5.3.5, где С₁< C₂ < C₃;  - плотная часть двойного электрического слоя (ДЭС). В общем случае -потенциал всегда больше диффузионного.