Лабораторная работа №5 Определение знака и величины электрокинетического потенциала методом электроосмоса

Объемная и поверхностная проводимость, знак заряда поверхности, электрокинетический потенциал (ξ) и другие электрохимические параметры являются наиболее значимыми при оценке структуры, свойств и областей практического применения пористых материалов. В связи с этим наиболее показательными являются такие электрокинетические методы исследования, как электрофорез, микроэлектрофорез и электроосмос, основанные на воздействии постоянным электрическим полем на структуру двойного электрического слоя, который формируется на межфазной границе раздела пористого объекта (жесткой керамической диафрагмы, порошковой диафрагмы, волокнистого материала) и объемной фазы (раствор электролита). Метод электроосмоса основан на направленном движении дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы. При данном электрокинетическом явлении происходит перемещение дисперсионной среды к электроду, имеющему знак заряда, совпадающий со знаком заряда поверхности пористого объекта, т.е. со знаком заряда потенциалопределяющих ионов адсорбционного слоя. Необходимо отметить, что движение дисперсионной среды обусловлено подвижностью противоионов диффузного слоя, а противоионы адсорбционного слоя удерживаются у поверхности адсорбционными силами (при электроосмосе и электрофорезе) и перемещаются вместе с твердой фазой (при электрофорезе), происходит относительное смещение фаз во внешнем электрическом поле по линии скольжения. При этом на поверхности скольжения возникает электрокинетический потенциал, величина которого зависит от числа противоионов диффузной части. Количественно ξ-потенциал определяется по объемной скорости движения дисперсионной среды (при электроосмосе) или по скорости движения частиц дисперсной фазы (при электрофорезе и микроэлектрофорезе).

Цель работы: Определить знак и рассчитать величину электрокинетического потенциала по скорости электроосмоса.

Задание:

1. По экспериментальным данным рассчитать объемную скорость движения дисперсионной среды

2. Определить знак заряда твердой поверхности, следовательно, знак электрокинетического потенциала, наблюдая за направлением перемещения жидкости в капилляре (к электроду с каким знаком заряда движется жидкость)

3. Заполнить табл.8

4. По скорости электроосмоса рассчитать величину ξ-потенциала

Ход проведения работы:

Рис. 6. Схема установки для измерения скорости электроосмоса

1. стеклянный сосуд

2. пористый объект

3. градуированный капилляр

4. сосуд, заполненный раствором KCl

5,6- медные электроды

7- амперметр

8- источник постоянного тока

9- агаровые мостики

Как видно на рис.6, в схему входят: стеклянный сосуд 1 с прикрепленным пористым объектом 2 (например, керамической диафрагмой); капиллярная трубка 3, служащая для определения направления и скорости перемещения дисперсионной среды; воронкообразный сосуд 4, агаровые мостики 9. Для создания внешнего постоянного электрического поля используют источник постоянного тока 8 с переключателем, электроды 5 и 6. Силу постоянного тока фиксируют амперметром 7. До начала эксперимента необходимо включить прибор в сеть, зафиксировать ключ в правом положении и наблюдать перемещение мениска в капилляре. Определив при данном положении переключателя силу тока (I) и число делений капилляра (n), пройденных жидкостью за время τ следует поменять положение ключа на противоположное и повторить опыт. По полученным данным рассчитать объемную скорость движения дисперсионной среды (υ), а затем и значения ξ-потенциала. Для определения знака заряда поверхности необходимо знать, к какому из электродов движется жидкость. Исходя из рис.6 можно отметить, что при движении мениска в капилляре влево жидкость перемещается через диафрагму к электроду 6, а при движении вправо – к электроду 5, а поверхность пористого тела будет иметь такой же заряд, как и электрод, к которому течет жидкость. Далее заполнить табл.8:

Таблица 8

№ опыта	τ, с	I, А	n	Цена деления капилляра a	υ, м3/с	ξ-потенциал, В	Знак заряда поверхности
При движении жидкости влево ←
При движении жидкости вправо →

При заполнении таблицы нужно помнить, что объемная скорость вычисляется по формуле υ=(n∙а)/τ в см³/с и для определения ξ-потенциала ее необходимо перевести в м³/с. Значение электрокинетического потенциала можно рассчитать по формуле Смолуховского следующим образом:

ξ = (η∙χ∙ υ)/(I∙ε_отн∙ε_о) (5)

где η – вязкость водного раствора KCl 1∙10^-3, Н∙с/м²

χ – удельная электропроводность водного раствора KCl 127∙10^-4, См/м

ε_отн = 81

ε_о – электрическая константа 8.85∙10^-12, Ф/м

Произведение ε_отн и ε_о характеризует диэлектрическую проницаемость среды ε, выражаемую в Ф/м, а выражение (χ∙υ)/I – это электроосмотическая подвижность.

Форма отчета:

1. Заполнить табл.8

2. Привести расчет значений объемной скорости электроосмоса и величины электрокинетического потенциала

3. Записать основные выводы по работе