лекция5
.pdf
Стабилизация
Электростатическая |
Стерическая |
Стабилизация за счет |
стабилизация |
стабилизация |
вязкости среды |
|
|
Скорость вытекания жидкости |
Поверхностный |
Адсорбированные |
у поверхности частицы равна |
нулю, скорость вытекания в |
||
заряд |
макромолекулы |
центре прослойки максимальна |
Возможна стабилизация частицы за счет комбинирования способов стабилизации
Строение двойного электрического слоя на поверхности частицы
Схема строения двойного |
|
Схема строения двойного |
электрического слоя по |
|
электрического слоя по модели |
модели Гельмгольца |
|
Гуи-Чепмена |
|
|
|
Изменение концентрации коионов n+, противоионов n- и суммарной концентрации ионов в диффузионной части двойного электрического слоя
Равновесие в системе где контактируют две поверхности с разными электрическими потенциалами определяется условием равенства электрохимического потенциала
При малой концентрации ионов условию равновесия отвечает постоянное значение электрохимического потенциала по всей системе
Частный случай двойного электрического слоя для водного раствора
Точка нулевого заряда
Перезарядка поверхности при введении электролита
Отрицательно
заряженная
поверхность
Потенциал поверхности
Потенциал Штерна (потенциал плотного слоя) электрокинетический ζ - потенциал
Раствор электролита
Диффузионный
слой
Сольватированный
катион
2. слой сольвента
1. слой сольвента специфически адсорбированные ионы)
|
линия разрыва |
|
|
|
|
|
Слой |
|
|
|
|
|
Внешний |
|
Гуи- |
|
слой |
|
Чепмена |
|
Гельмгольца, |
|
|
|
ориентирова |
|
|
|
нные диполи |
|
|
|
|
|
|
Расстояние от поверхности частицы
Изменение заряда поверхности и толщины диффузионного слоя в зависимости от концентрации электролита
Определение толщины диффузионного слоя по уравнению ПуассонаБольцмана
Вводя граничные условия для плотного слоя: |
и для диффузионного слоя: |
Заряд плотного слоя |
Заряд диффузионного слоя (первый интеграл |
|
уравнения Пуассона-Больцмана) |
Выражение заряда на единицу поверхности
Второе интегрирование при граничных условиях:
Дает выражение толщины эффективной ионной атмосферы
Функция потенциала поверхности
Для анализа коллоидных систем важно поведение функции потенциала поверхности на большом удалении от поверхности, где величина потенциала мала по сравнению с 4kT/ze, т.е. Zeφ(x)/(4kT)<<1 и:
Слабо заряженная поверхность, когда |
Сильно заряженная поверхность, когда |
φ0 мала по сравнению с 4kT/ze |
|
Влияние концентрации |
Зависимость потенциала поверхности (а) и его логарифма (б) от |
|
электролитов на толщину |
||
расстояния от поверхности при различных значениях φ0 |
||
двойного электрического слоя |
||
|
|
Явление специфической адсорбции на поверхности частицы
Отрицательно
заряженная
поверхность
частицы
Специфически
адсорбированный
катион
Внутренний
слой
Гельмгольца
Потенциал Штерна (потенциал плотного слоя) электрокинетический ζ - потенциал
Раствор электролита
Диффузионный
слой
Сольватированный
катион
2. слой сольвента
1. слой сольвента специфически адсорбированные ионы)
линия разрыва
Слой
Гуи-
Внешний Чепмена слой Гельмгольца
Лиотропные, т.е. способные встраиваться в кристаллическую решетку частицы ионы
Ряд по убыванию степени лиотропности
Однозарядные катионы
Двузарядные катионы
Однозарядные анионы
Расстояние от поверхности частицы
Электростатическая составляющая расклинивающего давления
Рассматривается система из двух частиц, поэтому при решении уравнения Пуассона-Больцмана используются другие граничные условия
Случай большого расстояния между частицами, потенциал рассматривается как суперпозиция потенциалов обеих частиц
Таким образом потенциал поверхности равен
Заряд в центре зазора равен
Произведение потенциала и заряда характеризует плотность электростатической энергии, которая по сути и является электростатической составляющей расклинивающего давления
Зависимость расклинивающего давления от потенциала поверхности
Зависимость электростатической составляющей расклинивающего давления от потенциала поверхности
Пример экранирования заряда
Для сильнозаряженной поверхности когда
Выражение для расклинивающего давления |
Выражение для расклинивающего давления |
принимает вид |
принимает вид |
Энергия пленки
Зависимость избыточной свободной энергии и расклинивающего давления от толщины пленки
Интегрирование электростатической составляющей расклинивающего давления позволяет определить энергию пленки при постоянном потенциале
Выражения для расклинивающего давления энергии пленки неэлектростатического характера. (Зависимость от констант Гамакера дисперсионной среды и дисперсной фазы)
Просуммировав выражения получим общее значение устойчивости пленок