Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
149
148
с, моль/дм3........ Ю-1 Ю-3 Ю-5 Ю-7
б, нм........... 0,96 9,6 96,0 107
Диффузный слой в разбавленных водных растворах простирается на расстояния порядка тысяч ионных радиусов в глубину раствора, а в неводных значения б могут составлять до нескольких тысяч микрометров.
К электроповерхностным явлениям, связанным с относительным перемещением фаз и называемых электрокинетическими, относят электроосмос, электрофорез, потенциал течения (протекания), потенциал оседания (седиментации).
Электроосмосом называется перенос жидкости под действием внешнего электрического поля, наблюдаемый как в капиллярно-пористых телах, так и в одиночных капиллярах.
При этом частицы переносятся в электрическом поле с постоянной скоростью, которая тем больше, чем выше разность потенциалов и диэлектрическая проницаемость среды. Перемещение жидкости через диафрагму, наблюдаемое при помощи капилляра, позволяет вычислить ^-потенциал по формуле Смолуховского:
Кпг.хУ ? = ^/—'
где т) — вязкость растворителя; х — удельная электрическая проводимость; V — объем жидкости, протекающей через капилляр; 1 — сила тока; е — диэлектрическая проницаемость.
Принимая постоянную К = 4 (для цилиндрических частиц),
кУт,
г — 1,1295-106
еТ-
Электрофорезом называется перемещение частиц дисперсной фазы в электрическом поле.
Вычисление электрокинетического потенциала и определение его знака на практике производят также по данным электрофореза. Измерив опытным путем скорость II частиц при электрофорезе, можно вычислить ? из следующей формулы:
и = ¦
где е — диэлектрическая проницаемость среды; т) — вязкость среды; Н — градиент напряжения поля, равный Н=Е/1 (Е — разность потенциалов; I — расстояние между электродами); К — постоянная, зависящая от формы коллоидно-дисперсных частиц (для малых сферических частиц /С=6, для частиц цилиндрической формы /С=4), следовательно,
1 ~ (Я
В основном ^-потенциал составляет при этом ~30...40 мВ.
150
Величина ^-потенциала обусловлена толщиной диффузного слоя противоионов. При введении электролитов в систему диффузный слой будет сжиматься и все большее число противоионов будет попадать в адсорбционный слой, уменьшая при этом ^-потенциал и постепенно приближая его значения к нулю (изоэлектрическое состояние коллоида). Разбавление системы способствует расширению диффузного слоя и возрастанию ^-потенциала.
Методы определения электрокинетического потенциала по подвижной границе основаны на наблюдении за скоростью передвижения под влиянием электрического поля границы между мутным или окрашенным коллоидным раствором и прозрачной бесцветной «боковой жидкостью». В качестве «боковой жидкости» применяют ультрафильтрат золя или дисперсионную среду, полученную коагуляцией коллоидной системы путем замораживания.
Микроскопический и ультрамикроскопический методы заключаются в определении скорости передвижения индивидуальных коллоидных частиц в электрическом поле.
Потенциал течения — явление, обратное электроосмосу, представляет собой разность потенциалов между концами одиночного капилляра при протекании через него воды или разбавленного раствора под действием внешего давления.
При станционарном поверхностном токе (токе течения) ^-потенциал вычисляют по формуле
где р — перепад давления на концах капилляра; Е — разность потенциалов, возникающая на концах капилляров.
Вследствие того, что при определении ^потенциала методом течения не требуется приложения внешней ЭДС, вызывающей нагревание и поляризацию, этот метод имеет предпочтение перед методом электроосмоса.
Потенциал оседания — явление, возникающее при относительном перемещении дисперсной фазы под действием силы тяжести.
Формула Смолуховского для вычисления потенциала оседания имеет вид
__З-цхН
е/-з (аГ — йй) gn
где г — радиус частиц; й — плотность; п — число частиц в единице объема; g — сила тяжести.
Определение ^-потенциала оседания для реальных полидисперсных систем связано с трудностями вследствие различных форм и радиуса частиц.
Влияние различных факторов на электрокинетический потенциал. Значение ^-потенциала возрастает по мере расширения двойного электрического слоя, что имеет место при разбавлении системы. При добавлении в систему электролитов диффузный слой будет
151
сжиматься и все большее число противоионов будет попадать в адсорбционный слой, вызывая уменьшение ^-потенциала. Если двойной слой предельно сжат (противоиоиы не выходят за пределы адсорбционного слоя), ^-потенциал равен нулю, что соответствует изоэлектрическому состоянию. При этом скорость электрофореза и электроосмоса также равна нулю.
Катионы электролита активно действуют тогда, когда поверхность твердой фазы заряжена отрицательно, а анионы — когда поверхность заряжена положительно. По понижающему действию катионов одного и того же заряда на ^-потенциал катионы щелочных и щелочно-земельных металлов располагаются в такой последовательности:
1Л+ < N3 < К+ < кЬ+ < Св+ Л^2+ < Са2+ < Бг2+ < Ва2+
С увеличением радиуса иона растет его поляризуемость, уменьшается степень гидратации и облегчается проникновение ионов в двойной электрический слой.
