9.7.3 Электрокинетические явления

Электрокинетические явления – это эффекты, связанные с относительным движением двух фаз под действием электрического поля, а также возникновением разности потенциалов при вынужденном относительном движении двух фаз, на границе между которыми существует двойной электрический слой (рисунок 11а).

В мицеллах лиофобных золей двойной электрический слой образуется за счет противоположно заряженных ионов адсорбционного и диффузного слоев. На рисунке 11б показан график изменения потенциала при удалении от поверхности ядра к внешней границе мицеллы. Потенциал _о называется термодинамическим потенциалом. Величина его зависит от количества потенциалопределяющих ионов, адсорбированных на поверхности ядра и не поддается экспериментальному определению.

Рисунок 11 Строение двойного электрического слоя (а) и график изменения потенциала в двойном электрическом слое (б) мицеллы

На границе между адсорбционным и диффузным слоями возникает разность потенциалов, которая называется электрокинетичес-ким потенциалом. Этот потенциал обычно обозначают греческой буквой  (дзета) и потому называют дзета-потенциалом ( -потенциал). По-другому, его можно рассматривать как заряд гранулы (рисунок 11б). -потенциал является важной характеристикой коллоидных систем, определяющей их свойства и устойчивость.

При переходе от внешней границы гранулы к внешней границе мицеллы потенциал падает до нуля, что показывает на ее нейтральный характер.

В электрокинетических явлениях обычно происходит отрыв ионов диффузного слоя от гранулы.

Электрофорез. Электрофорез – это движение частиц дисперсной фазы в электрическом поле к противоположно заряженному электроду.

В лиофобных золях гранула движется к одному из электродов, а ионы диффузного слоя – к другому. Существуют различные методы определения скорости движения частиц при электрофорезе. Зная их скорость, вычисляют величину -потенциала частиц цилиндрической формы по формуле:

= ,

где – электрокинетический потенциал, В; – динамическая вязкость растворителя, Пз (пуаз); и – скорость движения частицы, см/с; l – расстояние между электродами, см; – диэлектрическая проницаемость дисперсионной среды; Е – приложенная к электродам разность потенциалов, В; 300 – коэффициент перевода электростатической единицы в вольты.

Электрофорез также наблюдается в растворах ВМС. Однако до сих пор какая-либо теория электрофореза для свернутых в клубок макромолекул отсутствует.

Электрофорез находит применение при нанесении тонких слоев коллоидных частиц на поверхность проводящего материала, очистке веществ от примесей, при получении новых материалов и в медицинской практике.

Электроосмос. Электроосмос – это явление переноса жидкости через пористые диафрагмы и мембраны, а также через слои высококонцентрированных коллоидных частиц под действием внешнего электрического поля.

На поверхности стенок капилляров диафрагм и мембран также образуется двойной электрический слой. Поэтому при наличии внешнего электрического поля ионы диффузного слоя начинают двигаться к противоположно заряженному электроду, увлекая за собой сольватную оболочку и близлежащие слои жидкости за счет внутреннего трения – вязкости. Так происходит перенос жидкости к одному из электродов при электроосмосе.

Метод электроосмоса используют также при определении ς-по-тенциала коллоидных частиц. Для этого измеряют объем перене-сенной жидкости в единицу времени при определенной силе тока и вычисляют по формуле величину -потенциала:

= ,

где и 300 – имеют тот же смысл, что и в уравнении электрофоре-за; – электрокинетический потенциал, В; – удельная электропро-водность жидкости, Ом^–1 см^–1; v – объем жидкости, перенесенный за секунду, см³/с; I – сила тока, А (ампер).

Электроосмос также находит применение в различных процессах. Например, им пользуются при обезвоживании пористых материалов: грунта, строительных материалов, продуктов питания, сырья для пищевой промышленности и другие. При этом обезвоживаемый предмет помещают между двумя электродами и вода, в зависимости от строения двойного электрического слоя, двигается к одному из них и собирается в специальных емкостях.

Потенциал протекания (эффект Квинке). Потенциал протекания – это эффект, обратный электроосмосу – возникноение разности потенциалов между концами капилляра, а также между противоположными поверхностями диафрагмы, мембраны или другой пористой среды при продавливании через них жидкости. Движущаяся по капиллярам жидкость уносит с собой ионы диффузного слоя. Тот конец капилляра, куда двигаются ионы диффузного слоя, приобретает заряд, одинаковый по знаку зарядам ионов диффузного слоя, а другой конец – противоположный по знаку заряд.

Потенциал седиментации (эффект Дорна). Потенциал седиментации – это эффект, обратный электрофорезу – возникновение разности потенциалов в жидкости вследствие движения частиц, вызванного силами неэлектрического характера (например, при оседании частиц в поле тяжести, при движении в ультразвуковом или центробежном поле). При принудительном движении частиц дисперсной фазы в жидкости ионы диффузного слоя несколько отстают от частиц дисперсной фазы. В результате та сторона жидкости, откуда уходит дисперсная фаза, приобретает заряд, одинаковый по знаку с зарядом ионов диффузного слоя, а другая сторона – противоположный по знаку заряд.