Электрокинетические явления


Строение и электрический заряд коллоидных частиц

 

Дисперсную фазу в коллоидных растворах представляют частицы со сложной структурой. Их называют – мицеллы. Лиофобные коллоидные растворы обязательно требуют присутствия специального стабилизатора-электролита. Ионы стабилизатора адсорбируются на частицах дисперсной фазы, образуя на их поверхности двойной электрический слой (ДЭС) и обеспечивают устойчивость системы. Образовавшиеся при этом микроструктуры представляют собой мицеллы.

Мицеллой лиофобной системы называется гетерогенная микросистема, которая состоит из микрокристаллика дисперсной фазы, окруженного сольватированными ионами стабилизатора.

Рассмотрим образование мицеллы коллоидного раствора иодида серебра при взаимодействии разбавленных водных растворов нитрата серебра и иодида калия, взятого в избытке, ионы которого K+ и I+ играют роль стабилизатора. Реакция протекает по уравнению:

AgNO3 + KI = AgI + KNO3

При сливании растворов в присутствии стабилизатора возникают незаметные на глаз микрокристаллики иодида серебра, каждый из которых является агрегатом, состоящим из некоторого числа m молекул AgI. Агрегат в результате избирательной адсорбции ионов I- (согласно правилу Панета-Фаянса) приобретает заряд. Ионы I-, адсорбируясь в некотором количестве n, сообщают ему отрицательный заряд. Ионы, определяющие заряд агрегата называют потенциалопределяющими. Агрегат и потенциалопределяющие ионы образуют ядро мицеллы, ее твердую фазу. Это записывают так:

К заряженной поверхности ядра вследствие электростатического притяжения притягиваются противоположно заряженные ионы стабилизатора, т.е. катионы K+, называемые противоионами. Это так называемые “связанные” или “неподвижные” противоионы.

Потенциалопределяющие ионы и “связанные” противоионы образуют адсорбционный слой. Агрегат вместе с адсорбционным слоем называют гранулой

Гранула имеет заряд, знак которого определяется знаком заряда потенциалопределяющих ионов.

Оставшиеся противоионы (не вошедшие в адсорбционный слой), т.е. x катионов K+, необходимые для компенсации заряда гранулы, испытывают электростатическое притяжение со стороны гранулы и, благодаря силам диффузии, располагаются вокруг гранулы более рыхло, диффузно. Эти противоионы вместе со своими сольватными гидратными оболочками образуют диффузный слой и называются “подвижными” или “свободными” противоионами. Гранула вместе с диффузным слоем образует мицеллу.

АА – межфазная граница BB – граница скольжения

 

Если при проведении реакции между KI и AgNO3 в избытке взят AgNO3, то строение мицеллы будет следующее:

АА – межфазная граница BB – граница скольжения

 

Строение мицеллы золя гидроксида железа (III).

Гидроксид железа (III) образуется при гидролизе хлорного железа

 

FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3↓ + 3HCl

Продукты реакции взаимодействуют между собой

 

Fe(OH)3 + HCl FeOCl + 2H2O

 

Образующаяся хлорокись железа является стабилизатором:

 

FeOCl FeO+ + Cl-

 

Таким образом, твердую фазу составляют агрегат и потенциалопределяющие ионы, а все противоионы (связанные и свободные) – находятся в жидкой фазе. Граница между твердой фазой и жидкой фазой называется межфазной границей (АА). Граница между гранулой и диффузным слоем называется границей скольжения (ВВ); по этой условной границе происходит перемещение в электрическом поле гранулы (дисперсной фазы) и противоионов диффузного слоя (дисперсионной среды) к противоположно заряженным электродам.

В мицелле на границе раздела фаз имеется двойной электрический слой (ДЭС), который состоит из потенциалопределяющих ионов и такого же количества противоположно заряженных ионов-противоионов.

Расположение противоионов определяется двумя факторами:

1. тепловое движение стремится к равномерному распределению ионов

2. силы электростатического притяжения стремятся удержать их вблизи поверхности раздела фаз

 

В результате действия этих двух тенденций устанавливается диффузионное распределение противоионов с уменьшающейся концентрацией по мере их удаления от границы раздела фаз.

На границе раздела различают два потенциала: межфазный или электротермодинамический E и электрокинетический или ξ-потенциал (дзета-потенциал).

Межфазным потенциалом называется потенциал ДЭС на границе раздела между твердой и жидкой фазами в мицелле (на схемах – граница АА)

Электрокинетическим потенциалом (ξ-потенциалом) называется потенциал на границе скольжения между адсорбционной и диффузной частями ДЭС (на схемах – граница BB)

Величина межфазного электротермодинамического потенциала зависит:

1. от природы вещества, входящего в состав ядра

2. от заряда и концентрации потенциалопределяющих ионов

 

Величина электрокинетического (ξ-потенциала) зависит:

1. от толщины диффузного слоя: чем она меньше, тем меньше ξ-потенциал. Толщина диффузного слоя в свою очередь зависит от концентрации противоионов и их заряда. Чем выше их концентрация и больше заряд, тем больше противоионов будут находиться в адсорбционном слое и меньше в диффузном, что уменьшает ξ-потенциал.

2. от температуры

 

Повышение температуры приводит к расширению диффузного слоя. Кроме того, приобретя высокую тепловую энергию, часть противоионов переходит из плотного слоя в диффузный, что приводит к увеличению ξ-потенциала.

Однако при очень высоких температурах начинается десорбция потенциалопределяющих ионов, что означает снижение электротермодинамического потенциала, а, следовательно, и его составляющей, т.е. ξ-потенциала. В результате возникает двухфазный эффект.

 



Дата добавления: 2016-06-22; просмотров: 2403;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.01 сек.