4.3.2. Практическое значение электрокинетических явлений
Электрофорез применяют для: очистки, разделения и обезвоживания медицинских препаратов, пищевых продуктов, химических реактивов; нанесения тонких слоев неметаллических покрытий в радиоэлектронике; получения изоляционных пленок, изготовления прорезиненных тканей и т.д.
Электроосмос применяют для: обезвоживания грунта при возведении гидротехнических сооружений (платин, дамб); при сушке торфа и дерева; сушке стен и фундаментов сырых зданий; добыче нефти и т.д.
Потенциал оседания является причиной грозовых разрядов в атмосфере.
Потенциал течения – основа многих биологический процессов. Например, течение крови через капилляры кровеносной системы дает биопотенциал. Потенциал течения возникают при транспортировке жидкого топлива (при протекании нефти вместе с водой образуется огромный заряд, приводящий к взрывам).
4.4. Строение коллоидных мицелл
Коллоидные системы состоят из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Частицу дисперсной фазы вместе с двойным электрическим слоем называют мицеллой.
Мицелла – сложное структурное образование, состоящее из агрегата, потенциалопределяющих ионов и противоионов.
Внутреннюю часть мицеллы составляет агрегат основного вещества. Как правило, агрегат состоит из большого числа молекул или атомов кристаллического или аморфного строения. Агрегат электронейтрален, но обладает большой адсорбционной способностью и способен адсорбировать на своей поверхности ионы из раствора – потенциалопределяющие ионы (ПОИ).
При выборе потенциалопределяющих ионов пользуются эмпирическим правилом Фаянса – Панета – Пескова: «На твердой поверхности агрегата в первую очередь адсорбируются ионы, которые:
входят в состав агрегата;
способны достраивать кристаллическую решетку агрегата;
образуют малорастворимое соединение с ионами агрегата;
изоморфны с ионами агрегата».
Агрегат вместе с потенциалопределяющими ионами составляет ядро мицеллы. Ядро мицеллы, обладающее большим зарядом, притягивает ионы противоположного заряда – противоионы (ПИ) из раствора.
Часть противоионов находится в непосредственной близости от ядра, прочно связана с ним за счет адсорбционных и электростатических сил, и образует плотную часть двойного электрического слоя (адсорбционный слой).
Ядро с противоионами плотной части двойного электрического слоя образуют гранулу или коллоидную частицу. Знак заряда коллоидной частицы определяется знаком заряда потенциалопределяющих ионов.
Коллоидную частицу (гранулу) окружают противоионы диффузного слоя – остальная часть противоионов, подвергающихся броуновскому движению и менее прочно связанная с ядром. В целом образуется мицелла. Мицелла в отличие от коллоидной частицы электронейтральна.
Пример 4.2. Рассмотрим строение мицеллы при образовании коллоидного раствора – золя иодида серебра методом химической конденсации при небольшом избытке нитрата серебра
.
Рис. 4.11. Схематическое строение мицеллы золя иодида серебра
Формула мицеллы запишется:
где
m
– количество
молекул или атомов, образующих агрегат;
n
– число потенциалопределяющих ионов,
адсорбированных на поверхности агрегата;
(n
– x)
– число противоионов в плотной части
двойного электрического слоя (адсорбционный
слой); x
– число
противоионов в диффузной части двойного
электрического слоя;
– заряд коллоидной частицы (гранулы).
При образовании золя иодида серебра при небольшом избытке иодида калия
образуется мицелла следующего состава:
.
Заряд коллоидной частицы в этом случае будет отрицательным.
Формулы мицелл золей носят только качественный характер, они позволяют судить о структуре поверхностных слоев, но не пригодны для количественной характеристики состава мицелл. Существование мицелл в дисперсных системах приводит к тому, что состав дисперсионной среды вдали и вблизи частиц различается. Если, например, диффузный слой содержит ионы H+, то при фильтровании суспензий эти ионы уходят вместе с частицами. В результате возникает повышенная концентрация ионов H+ в осадке по сравнению с фильтратом. Это явление получило название суспензионного эффекта.
Образование ДЭС в присутствии электролита-стабилизатора обеспечивает электростатический фактор устойчивости дисперсной системе, который усиливается с ростом потенциала поверхности и толщины ДЭС. Он очень чувствителен к действию электролитов и характерен для систем с полярными, особенно водными средами, создающими условия для диссоциации. Наряду с электростатическим, в дисперсных схемах возможно проявление и других факторов стабилизации.