Влияние температуры и pH среды на электрокинетический потенциал

Влияние температуры на^{-потенциал} проявляется двояко. С одной стороны, повышение температуры «размывает» двойной электрический слой, способствуя переходу ионов из адсорбционного слоя в диффузионный. В ходе такого процесса^{-потенциал} системы увеличивается. С другой стороны, повышение температуры вызывает десорбцию потенциалопределяющих (неиндифферентных) ионов. В результате потенциал поверхности ф₀ уменьшается, что приводит к снижению^{-потенциала.} Суммарный эффект изменения электрокинетического потенциала при изменении температуры зависит от природы системы и условий ее существования.

Значительное влияние на^{-потенциал} оказывает pH среды, поскольку ионы Н₃0⁺ и ОНобладают высокой адсорбционной способностью. Особенно велика роль среды в тех случаях, когда в контакте с водным раствором находится амфотерное вещество. При изменении кислотности среды в этом случае может происходить перезарядка гранулы.

Экспериментальное определение ?-потенциала

Значение электрокинетического потенциала определяют, изучая электрокинетические явления (обычно электроосмос и электрофорез). Электрофорез проводят в [/-образной градуированной стеклянной трубке 1 (рис. 8.9), закрепленной на вертикальной поверхности 4.

Рис. 8.9. Схема установки для электрофоретического определения.

^-потенциала Трубку заполняют золем (затемненная часть трубки на рисунке) и контактной жидкостью. Контактная (надстилающая) жидкость служит проводником тока между электродами и испытуемым золем. Первоначально в сосуд 6 вводят раствор золя и заполняют им, открывая кран 7, трубку 1 до уровня кранов 2 через шланг 3. Краны 2 закрывают и сверху в оба колена трубки 1 заливают контактную жидкость.

В верхние отверстия трубки 1 вводят агар-агаровые сифончики 8, один конец которых погружают в электрофоретическую трубку, другой — в небольшой стаканчик 9, наполненный раствором сернокислой меди. В стаканчики 9 опущены медные пластины 10, соединяющие трубки с электрической цепью.

Краны 2 открывают. При наложении постоянного электрического поля напряжением ~ 80 В граница золя начинает перемещаться (трубку заполняют так, чтобы граница золя и надстилающей жидкости была чГгко выраженной) к электроду, противоположному по знаку заряду ядра мицеллы: если потенциалопределяющие ионы — катионы, то граница золя смещается к катоду, и наоборот. Измеряют смещение границы золя I за определенное время t.

Явление электроосмоса изучают, используя устройство, схематически изображенное на рис. 8.10.

Рис. 8.10. Схема установки для изучения электроосмоса:

1 — U-образная трубка; 2 — капиллярно-пористое тело; 3 — капилляр Капиллярно-пористое тело (молотый кварц, песок и т. п.), предварительно смоченное водой, помещают в [/-образную трубку, соединенную с градуированным капилляром 3. При наложении постоянного электрического поля на электроды, расположенные на границах тела 2, вода в трубке начинает перемещаться. Измеряют смещение уровня воды в капилляре 3 за определенное время t.

Электрокинетический потенциал, возникающий при электроосмосе или электрофорезе, рассчитывают по уравнению Гельмгольца — Смолуховского:

где к — коэффициент, зависящий от формы частиц (для сферических частиц к = 6, для цилиндрических к = 4); г — вязкость среды; U₀ — линейная скорость движения фаз; Е — напряженность электрического поля; в — относительная диэлектрическая проницаемость.

В системе СИ^{-потенциал} вычисляют по формуле.

или.

где 8₀ — диэлектрическая постоянная; и_эф — электрофоретическая подвижность, она равна.

Здесь L — расстояние между электродами; V — разность потенциалов; I — сдвиг границы «золь — контактная жидкость» за время t.

Величину^{-потенциала} выражают в микровольтах (мВ). Абсолютные значения^{-потенциала} для коллоидных растворов обычно лежат в пределах от 1,5 до 75 мВ. Для некоторых глинистых минералов наблюдали? = -100 мВ (частички глины имеют отрицательный заряд).

Методы электрофореза имеют большое теоретическое и практическое значение. Знание величины электрокинетического потенциала позволяет судить об устойчивости коллоидного раствора: как правило, устойчивость тем выше, чем больше абсолютное значение ^-потенциала.

В настоящее время электрофорез является эффективным средством для изучения фракционного состава природных белков и для очистки различных биологически активных соединений.

В технологии получения пивного сусла на одной из стадий получается масса, содержащая твердую (нерастворимые частички дробленого солода и ячменя — дробина) и жидкую фазы (водный раствор экстрактивных веществ — сусло). Разделение этих двух фаз на сусло (фильтрат) и дробину (твердая фаза) осуществляют в фильтрационных аппаратах, или фильтр-прессах, где частицы отделяемой твердой фазы заторной массы сами служат фильтрующим слоем. На стенках капилляров фильтров имеется поверхностный электрический заряд, характеризующийся^{-потенциалом.} Мицеллы фильтрата также имеют^{-потенциал.} В случае противоположных знаков потенциалов мицелл и поверхности капилляров удается интенсифицировать фильтрацию. Умение изменять потенциалы является ключевым для совершенствования технологии.

Контрольные вопросы и задания

• 1. Какие дисперсные системы называют лиофобными, а какие — лиофильными?
• 2. Приведите примеры лиофильных и лиофобных дисперсных систем.
• 3. Что может служить мерой седиментационной устойчивости дисперсных систем?
• 4. Назовите причины броуновского движения? Частицы каких размеров могут участвовать в броуновском движении?
• 5. Запишите выражение первого закона Фика. Каков физический смысл коэффициента диффузии D? Какие факторы влияют на его значение?
• 6. Перечислите и кратко охарактеризуйте электрокинетические явления. В чем причина их возникновения?
• 7. Чем обусловлена агрегативная неустойчивость лиофобных дисперсных систем? Какие процессы самопроизвольно протекают в таких системах?
• 8. Перечислите факторы агрегативной устойчивости дисперсных систем.
• 9. Сформулируйте понятия «термодинамический потенциал»,^{-потенциал} мицелл.
• 10. Какие опыты следует провести для определения^{-потенциала} мицелл?
• 11. Перечислите факторы, влияющие на^{-потенциал} мицелл.
• 12. Расположите ионы одинакового заряда Li+, Na+, К+, Rb+ в ряд по их влиянию на ^-потенциал
• 13. Нарисуйте формулу мицеллы Agl, стабилизированной избытком KI.
• 14. Охарактеризуйте быструю и медленную коагуляцию.
• 15. Объясните причины возникновения расклинивающего давления.