Влияние различных факторов на электорокинетический потенциал

Поскольку ζ-потенциал в некоторых случаях является величиной, характеризующей устойчивость коллоидной системы, весьма важно. рассмотреть влияние на него таких факторов, как введение в систему электролитов, изменение рН, концентрации раствора, температуры и т. д.

Влияние индифферентных электролитов

Рассмотрение влияния различных факторов на ζ -потенциал целесообразно начать с наиболее простого и практически чрезвычайно важного случая — введения в систему индифферентных электролитов, т. е. электролитов, не имеющих ионов, способных достраивать кристаллическую решетку коллоидной частицы. Индифферентные электролиты не могут скольконибудь существенно изменить общий скачок потенциала коллоидных частиц, а электрокинетический потенциал такие электролиты в общем случае снижают в результате увеличения концентрации противоионов и сжатия двойного электрического слоя.

При введении индифферентных электролитов следует различать два случая: 1) в систему вводится электролит, один из ионов которого одинаков с противоионами, 2) в систему вводится электролит, не имеющий общих ионов с противоионами— стабилизатором.

Рассмотрим как влияет введение в систему индифферентного электролита.

Рисунок 24 – Изменение электрокинетического потенциала в зависимости от концентрации индифферентного электролита

В первом случае общий скачок потенциала почти не изменяется. Совсем иначе будет обстоять дело с электрокинетическим потенциалом. С повышением концентрации вводимого электролита вследствие того, что для компенсации потенциалопределяющих ионов требуется всегда одно и то же (эквивалентное) число зарядов противоположного знака, толщина диффузного слоя уменьшается. В результате меняется и распределение в нем потенциала. Будет меняться и ζ- потенциал, отвечающий плоскости скольжения жидкости при электрофорезе или электросмосе. При достаточно больших концентрациях электролита диффузный слой может сжаться до моноионного слоя, и двойной электрический слой, таким образом, превратится в слой Гельмгольца — Перрена. Понятно, что поскольку этот слой будет находиться ближе к стенке, чем плоскость скольжения, ζ -потенциал будет равен нулю.

Второй случай, когда в систему вводится электролит, не содержащий обоих ионов с электролитом—стабилизатором отличающийся от первого только тем, что здесь имеет место явление обмена противоионов коллоидной частицы на эквивалентное число одинаковых по знаку ионов введенного электролита. Наиболее простой обмен ионов происходит, когда на поверхности твердой фазы имеется двойной электрической слой типа Гуи - Чэпмена, т. е. когда можно пренебречь специфическим адсорбционным потенциалом ионов. Очевидно, при этом обмен будет определяться только валентностью ионов. Если валентность противоионов неодинакова, то равновесие при обмене значительно смещено в сторону катиона с более высокой валентностью, который в большем количестве накапливается в местах с отрицательным потенциалом.

При наличии специфической адсорбции ионов ионный обмен сильно усложняется При этом ионы одной и той же валентности по своей способности переходить в двойной электрический слой располагаются в те же ряды, которые уже были приведены при обсуждении зависимости толщины двойного электрического слоя от природы образующих его ионов.

При очень большом адсорбционном потенциале ноны, заряд которых по знаку противоположен заряду дисперсной фазы, могут вызвать перезарядку коллоидных частиц.

Влияние неиндифферентных электролитов

Влияние электролита, один из ионов которого способен достраивать кристаллическую решетку дисперсной фазы, заключается в том, что потенциалопределяющий ион этого электролита может повышать потенциал φ, а находящийся с ним в паре ион, одноименный с зарядом противоиона, способен сжимать двойной электрический слой. При малых концентрациях неиндифферентного электролита проявляется, в основном, первая тенденция, связанная с поверхностным действием иона, способного достраивать кристаллическую решетку. При больших концентрациях, когда достройка кристаллической решетки завершена, превалирует вторая тенденция. Поэтому при ведении в систему все возрастающих количеств неиндифферентного электролита ζ -потенциал сначала возрастает, а потом падает, проходя через максимум.

При введении неиндифферентного электролита возможна и перезарядка коллоидных частиц. Сущность такой перезарядки поясним на следующем примере. Рассмотрим, что будет происходить при введении в золь иодида серебра, стабилизованный нитратом серебра, раствора иодида калия. До введения электролита потенциалопределяющим ионом в золе, очевидно, будет ион Ag, а противоионом — ион I Частицы такого золя заряжены положительно. После введёния в

систему избытка иодида калия потенциалопределяющим ионом станет ион I, а противоионом— ион К. Сами же частицы золя приобретут отрицательный заряд. Кроме того, с помощью неиндифферентного нитрат серебра, содержащийся в дисперсионной среде, вступит в реакцию с введенным иодидом калия, в результате чего в системе; образуется некоторое дополнительное количество отрицательно заряженной дисперсной фазы. Этот случай перезарядки отличается от уже рассмотренного случая перезарядки с помощью чужеродных ионов тем, что здесь происходит изменение не только ζ-, но и φ-.потенциала.

Влияние рН среды

Значение рН дисперсионной среды может сильно сказываться на ζ-потенциале коллоидных частиц, так как водородные и гидроксильные ионы обладают высокой способностью адсорбироваться. Первые — благодаря малому радиусу, что позволяет им близко подходить к поверхности твердой фазы, вторые — из-за большого дипольного момента.

Особое значение приобретает влияние рН для лиозолей, у которых дисперсная фаза является амфотерным соединением. У этих золей с изменением рН дисперсионной среды может происходить перезарядка частиц вследствие изменения характера ионизации вещества, дисперсной фазы.

Влияние концентрации коллоидной системы

Исходя из самых общих представлений, можно предполагать, что при разбавлении системы с-потенциал должен возрастать, так как толщина двойного электрического слоя увёличивается в результате уменьшения концентрации противоионов в растворе. Вместе с тем при разбавлении может наблюдаться десорбция потенциалопределяющего иона с поверхности дисперсной фазы, что должно приводить к падению φ-потенциала и соответственно ζ-потенциала. Концентрирование коллоидной системы обуславливает прямо противоположное действие. В каком направлении изменяется ζ-потенциал при изменении концентрации коллоидной системы очевидно, определяется тем, влияние какого из двух факторов — утолщения (сжатия) двойного электрического слоя или десорбции (адсорбции) потенциалопределяющих ионов — в данном случае окажется сильнее.

Влияние температуры

Аналогично концентрации на ζ-потенциал действует и температура. С повышением температуры ζ-потенциал должен расти вследствие возрастания интенсивности теплового движения противоионов и увеличения толщины двойного электрического слоя. Однако одновременно может возрастать и десорбции потенциалопределяющих ионов, и при этом φ- и ζ- потенциалы уменьшаются. При понижении температуры, должна наблюдаться обратная зависимость. Вопрос о том, как будет изменяться ζ-потенциал с изменением температуры,

очевидно, должен решаться отдельно для каждой коллоидной системы с учетом ее индивидуальных особенностей.

Влияние природы дисперсионной среды

Электрокинетические явления, а следовательно, и наличие двойного электрического слоя на межфазной границе характерны для систем с полярными дисперсионными средами. Большое число проведенных исследований по казало, что ζ-потенциал дисперсной фазы тем больше, чем больше полярность растворителя.