7. Електрофорез

При пiдготовцi до лабораторної роботи необхiдно ознайомитися з теорiєю будови подвiйного електричного шару мiцели, залежнiстю величини електрокiнетичного потенцiалу вiд природи та концентрацiї електролiту в системi, температури, кислотностi дисперсiйного середовища. Особливо слiд звернути увагу на розрахунок електрокiнетичного потенцiалу, виходячи з електрофоретичних вимiрювань, залежнiсть електрокiнетичних явищ вiд рiзних факторiв. Необхiдно знати природу прямих та зворотнiх електрокiнетичних явищ: електрофорезу, електроосмосу, потенцiалiв течiї та седиментації.

[ I, c. 169-212; 2, c. 216-230 ]

Короткi теоретичнi вiдомостi

На поверхнi колоїдної частки iснує подвiйний електричний шар iонiв. Один шар (адсорбційний) мiцно закрiплений на поверхнi колоїдної частинки. Це так званi потенцiалвизначаючi iони, знак яких визначає знак заряду частинки. Другий шар iонiв, що носить назву дифузiйного шару, мiститься в рiдинi, яка оточує частинку, утворюючи бiля неї атмосферу з концентрацією, що зменшується у міру віддалення від поверхні. Iони, що утворюють дифузiйний шар, називаються протиiонами.

Завдяки наявностi заряду на власнiй поверхнi колоїднi частинки можуть рухатися пiд впливом рiзницi потенцiалiв. Це явище має назву електрофорезу. Якщо твердi частинки закрiпленi та не можуть рухатися, почне перемiщуватися рiдина, яка знаходиться в порах або капiлярах, що утворенi твердим тiлом.

Явище переносу рiдини (дисперсiйного середовища) вiдносно нерухомого твердого тiла в електричному полi називають електроосмосом.

Електрофорез та електроосмос вiдносять до прямих електрокiнетичних явищ. Iснують зворотнi електрокiнетичнi явища - потенцiал седиментацiї та потенцiал течiї.

Iнтенсивнiсть електричного поля, утвореного потенцiалвизначаючими iо-нами, змiнються зi збiльшенням вiдстанi вiд поверхнi.

На деякiй вiдстанi AE це поле компенсується протиiонами.

На рис.7.1 наведено криву падiння потенцiалу електричного поля в по-двiйному електричному шарi.

Рис. 7.1. Падіння потенціалу в подвійному електричному шарі.

АА` - границя мiж твердою частинкою та рiдиною, по осi абсцис вiдкладена вiдстань вiд поверхнi частинки углиб рiдини. Пiд час руху колоїдної частки разом з нею перемiщується і деякий шар рiдини, що закрiплений на поверхнi. Лiнiя BB'вiдповiдає межi ковзання, яка відділяє шар рiдини, що прикрiплений до частинки, вiд решти рiдини. Крива AC являє собою падiння потенцiалу вiд поверхнi частинки до того місця; на яке поширюється дифузійний шар протиіонів; A'C - товщина подвiйного електричного шару. Відрізок ЕС є повним перепадом потенціалу між поверхнею і оточуючою її рідиною - це термодинамічний потенціал . Вiдрiзок BB' є ектрокінетичним потенцiалом , тобто різницею потенцiалів мiж шаром рiдини, що прикрiплений до твердої частинки, та рештою рiдини. Цей потенцiал можна вимiряти шляхом електрофорезу, спостерiгаючи перемiщення колоїдних частинок вiдносно рiдини. Термодинамiчний потенцiал не залежить вiд характеру розподiлу протиiонiв, в той час як на значення - потенцiалу впливає товщина подвiйного шару, при зменшеннi якої, як зображено на рис. 7.1 , крива падiння потенцiалу AC йде бiльш круто, і зменшуться величина  - потенцiалу.

Товщина подвiйного шару залежить вiд концентрацiї електролiту та ва-лентностi протиiонiв. Чим бiльша концентрацiя протиiонiв та вища їхня ва-лентнiсть, тим менша товщина подвiйного шару та нижчий - потенцiал. Визначивши швидкiсть перемiщення частинок в електричному полi, можна обчислити електрокiнетичний потенцiал  за формулою, B:

, (7.1)

де  - в язкiсть дисперсiйного середовища, Па·с, u - лiнiйна швидкiсть руху часток; u = s/(s - шлях в метрах, який проходить межа подiлу золь - бокова рiдина за час  ); ₀ - електрична стала, ₀ = 8.85·10^-12 Ф/м,  - вiдносна електрична проникнiсть середовища; Н = E/l градiєнт потенцiалу зовнiшнього електричного поля, В/м.

Робота 7.1. Визначення знаку та величини електрокiнетичного потенцiалу

методом електрофорезу.

Прилад для визначення електрокiнетичного потенцiалу методом електро- форезу зображено на рис. 7.2.

Рис. 7.2. Прилад для визначення електрокіне-тичного потенціалу

Прилад заповнюють приблизно на 1/3 боковою рiдиною (ультрафiльтратом золю) . Потiм заповнюють пiпетку дослiджуваним золем, встромляють в середню частину приладу до дна та дуже повiльно випускають золь iз пiпетки таким чином, щоб утворилася чiтка межа подiлу мiж золем та боковою рiдиною.

За допомогою двох сифонiв прилад з’єднують з двома склянками, в якi наливають розчин сульфату мiдi та опускають два мiднi електроди. До еле-ктродiв пiдключають джерело постiйного струму з напругою 100...150 B.

Вмикають струм та вiдмiчають час початку дослiду, розмiщення межi подiлу та напругу E, (B). З’ясувавши, в якому напряму рухається золь, визначають знак заряду часток.

Через 1.....1.5 год. вимикають струм. Вимiрюють вiдстань s (м), на яку перемiстилася межа золю, та вiдстань l м мiж електродами (за напрямком руху струму) за формулою (7.1) розраховують значення - потенцiалу.

ЗМIСТ

1.Адсорбцiя……………………...............................................................…4

Робота 1.1. Адсорбцiя органiчної кислоти вугiллям..........................…5

2. Поверхневий натяг. Адсорбцiя на рiдкiй поверхнi..........................…..8

Методи визначення поверхневого натягу............................................11.

Робота 2.1. Адсорбцiя на рiдкiй поверхнi............................................14

Робота 2.2. Визначення питомої поверхнi адсорбента........................16

3. В’язкiсть.................................................................................................18

Робота 3.1. Дослiдження в’язкостi структурованих

розчинiв..............................................................................20

Робота 3.2. Дослiдження структурної в’язкостi...................................22

4. Седиментацiя.........................................................................................24

Робота 4.1. Седиментацiйний аналiз суспензiї................................….27

5. Теплота змочування..........................................................................…29

Робота 5.1. Визначення теплоти змочування...................................….29

6. Одержання золей та їхня коагуляцiя....................................................31

Робота 6.1. Приготування золей............................................................33

Робота 6.2. Перевiрка правила валентностi-значностi..........................36

Робота 6.3. Визначення порога коагуляції 36

7. Електрофорез.........................................................................................37

Робота 7.1. Визначення знаку та величини електрокiнетичного

потенцiалу методом електрофорезу..................................39

Методичні вказівки

До лабораторних робіт з курсу «Поверхневі

явища та дисперсійні системи»

дя студентів хіміко-технологічних

спеціальностей всіх форм навчання

Упорядники : Йосип Йосипович Болдог

Ольга Василiвна Чвiрук

Тетяна Володимирiвна Кiрсенко

Микола Євгенович Пономарьов

Володимир Юрійович Горбачов

Вiталiй Лукич Чумак

Вiдповiдальний редактор Ю.Я.Фiалков