3.3.4. Потенциал течения

Данное явление обратно электроосмосу: при продавливании жидкости через капилляр или пористую перегородку прибора, изображенную на рис.3.9, между электродами возникает разность потенциалов, для которой теория дает

, (3.4)

где P - гидростатическое давление, χ - удельная электропроводность жидкости, а остальные значения те же, что в (3.3).

Потенциалы течения чаще всего применяют для нахождения величин электрокинетического потенциала ξ. В частности, этим путем было выполнено уже упоминавшееся исследование Фрейндлиха и Рона, в котором было экспериментально доказано, что ξ-потенциал не тождествен с общему скачку потенциала во всем двойном слое.

3.3.5. Электрофорез

Если твердая фаза образована частицами, взвешенными в жидкости, то в электрическом поле возникает явление, обратное электроосмосу: взвешенные твердые частицы вместе с прилегающими к ним тонкими пленками жидкости движутся от одного электрода к другому в неподвижной жидкости или же движущейся в обратном направлении, но гораздо медленнее. Такое движение называют электрофорезом или катафорезом. Его можно наблюдать в приборах, похожих на те, которые применяют для измерения чисел переноса ионов по Гитторфу, например, в U-образной трубке с электродами на обоих ее концах.

Скорость электрофореза подсчитывается по тому же уравнению, что и скорость электроосмоса:

.

Примечательно, что в это уравнение не входят ни заряд, ни величина частиц. Действительно опыт подтверждает, что частицы разных размеров и зарядов движутся почти одинаково быстро. Скорость электрофореза так же зависит от концентрации электролита, валентности его ионов и присутствия поверхностно-активных веществ, как скорость электроосмоса.

Электрофоретические измерения широко применяют при изучении коллоидов, так как они дат сведения о величинах ξ-потенциалов на поверхности коллоидных частиц, от которых зависит стабильность коллоидных растворов. Заряд коллоидной частицы в диспергирующей среде зависит как от ее строения, так и от присутствия электролитов и поверхностно-активных веществ в растворе. Они могут изменить величину ξ-потенциала, а следовательно, скорость и направление электрофореза. При ξ=0 последний прекращается. Это изоэлектрическая точка, около которой легче всего происходит коагуляция коллоидных частиц в более крупные агрегаты и выпадение коллоида из раствора. Чем выше валентность иона, вводимого в раствор, тем меньшая его концентрация нужна для достижения изоэлектрической точки и коагуляции коллоида (правило Гарди-Шульца, 1882). Дальнейшее увеличение концентрации электролита может изменить знак ξ-потенциала на обратный.

Электрофорез получил ряд технических применений, например, для выделения торфа, каучука из суспензии или эмульсии, в методе электрофоретического анализа сложных, главным образом белковых смесей. Он основан на том, что при электрофорезе каждый компонент коллоидного раствора образует свою независимо движущуюся границу раздела. С помощью специальных оптических приспособлений можно фотографировать эти границы и находить количественные соотношения между составными частями смеси.

Можно легко показать связь между уравнением (3.3) для скорости электрофореза крупных коллоидных частиц и уравнением для скорости движения ионов, полученным из закона Стокса. Различие между ионом и более крупной коллоидной частицей заключается в том, что около первого отсутствует плоская часть двойного слоя: ионная атмосфера вокруг иона целиком диффузна. Поэтому скачок потенциала между ионом и раствором отвечает величине ξ. Если ион имеет заряд ze и радиус r, то по формуле для потенциала шара

,

что с (3.3) дает

.

Так как, очевидно, действующая на заряд иона электрическая сила К = zе·Е/l (произведение из заряда на градиент потенциала приложенного поля), то это выражение совпадает с формулой Стокса.