Электрические и оптические свойства золей

К электрокинетическим явлениям относятся электрофорез и электроосмос. Эти явления связаны с относительным движением дисперсной фазы и дисперсионной среды под действием электрического поля. Вследствие относительно слабой связи заряженной коллоидной частицы с диффузным слоем противоионов в электрическом поле они двигаются независимо и разнонаправлено.

Электрофорез − движение частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде под действием электрического поля. Если поместить золь в постоянное электрическое поле, то заряженные коллоидные частицы будут двигаться к электроду с противоположным зарядому, а противоионы диффузного слоя – к другому (рис. 3.5).

	–

Рис. 3.5. Схема электрофореза золя иодида серебра,
стабилизированного ионами серебра

Скорость движения частиц прямо пропорциональна напряженности электрического поля и величине заряда (ζ-потенциала) и обратно пропорциональна вязкости дисперсионной среды.

Электрофорез находит широкое применение в различных областях техники и науки, например для нанесения различных покрытий (декоративных, антикоррозионных, электроизоляцион-ных, полупроводниковых), в медицине – для введения в орга низм лекарств в коллоидном состоянии и др.

Электроосмос − движение жид-кости через пористые системы или капилляры при наложении внешнего электрического поля. Так же как и в золях, в связнодисперсных системах на границе «твердое тело – жидкость» возникает двойной электрический слой. Внутренние поверхности капилляров и пор адсорбируют ионы, а противоионы находятся в жидкой среде. При наложении электричес-кого поля подвижные противоионы двигаются в сторону соответствующего электрода. Для сохранения концентрации ионов вслед за ионами (вместе с ионами) двигается и жидкость (рис. 3.6).

Оптические свойства дисперсных систем. В прозрачной оптически однородной среде луч света распространяется прямолинейно, отражаясь на ее границах. В зависимости от природы вещества происходит избирательное поглощение света (спектр погло-щения), приводящее к ослаблению излучения (рис. 3.7, а).

Рис. 3.7. Прохождение света через оптически однородную среду (а)
и высокодисперсную систему (б); l – толщина поглощающего слоя

Оптические свойства дисперсных систем в первую очередь обусловлены рассеянием света частицами дисперсной фазы. Про-ходящий свет в результате поглощения, многократного отражения и преломления на границах фаз изменяет первоначальное направ-ление – происходит рассеяние света средой. Результат взаимодействия коллоидного раствора с проходящим светом зависит от размера, формы и состава частиц, а также от длины волны (цвета) падающего света.

В случае если размеры частиц сравнимы с длиной волны из-лучения, рассеяние определяет дифракции световых волн, наблюдается достаточно равномерное распределение интенсивности света по всем направлениям. Согласно теории Релея интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна длине волны (λ) света и прямо пропорциональна концентрации частиц (n) и их объему (V): − I_р ~ .

Следовательно, если на частицу падает белый свет, наиболь-шее рассеяние будут испытывать фиолетовые и синие составляющие спектра (длина волны ~400…450 нм) и меньшее – красные (~650 нм). Поэтому в проходящем свете золи будут окрашены в красноватый цвет, а в боковом, отраженном, − в голубой.

При пропускании луча света через золь перпендикулярно линии наблюдения будет виден более или менее четко очерченный пучок света − эффект Тиндаля (рис. 3.7, б). Этот эффект связан с рассеянием света частицами и характерен для низкоконцентриро-ванных дисперсных систем. В оптически изотропной среде след луча света невидим.

Вследствие рассеяния проходящий через дисперсную систему световой поток ослабляется. Интенсивность прошедшего света (I) описывается уравнением, подобным уравнению Бугера−Ламбер-та−Бера для молекулярных растворов: , τ − мутность, коэффициент, характеризующий способность системы рассеивать свет. Его величина пропорциональна концентрации золя.

П р и м е ч а н и е. Нефелометрия − метод определения концентрации либо степени дисперсности золя, основанный на сравнении интенсивности светорас-сеяния золей, один из которых имеет известную концентрацию (степень дисперсности). Турбидеметрия − метод определения концентрации дисперсных систем, основанный на измерении интенсивности прошедшего через нее света.