1. Електроосмос

При дослідження електролізу води було помічено підняття рівня водив у посудині з негативно зарядженим електродом, якщо в U-подібній трубці нижня частина засипана кварцовим піском. Підняття рідини в циліндрі з негативним електродом відбувалося доти, доки не встановлювалася певна різниця рівнів – рівновага з гідростатичним тиском.

Подібний дослід, але без заповнення низу трубки піском, не давав такого ефекту. Отже, можна було зробити висновок (Ф. Рейсс): при контакті з частинками кварцового піску рідина заряджається.

З часом явище спрямованого переміщення дисперсійного середовища відносно нерухомої дисперсної фази в постійному електричному полі одержало назву електроосмосу.

Спрямоване переміщення рідини вказує на знак ξ-потенціалу, т.і. на знак заряду твердої поверхні на межі з рідиною.

Вимірюючи швидкість течії рідини, можна розрахувати стрибок потенціалу на поверхні «ковзання», за рівнянням Гельмгольца-Смолуховського, які вивели його на підставі уявлень про ПЕШ як плоский конденсатор:

де η – в’язкість рідини;

– лінійна швидкість течії рідини;

H – напруга зовнішнього електричного поля (градієнт потенціалу);

E – зовнішня різниця потенціалів;

l – віддаль між електродами;

ɛ – діелектрична проникність рідини;

ɛ₀ – електрична стала, 8,854×10^-12 [Ф/м].

Швидкість руху дисперсійного середовища, віднесену до одиниці напруги електричного поля, називають електроосматичною швидкістю,

звідси:

лінійну швидкість течії рідини доцільно замінити на об’ємну швидкість течії рідини. Користуючись законом Ома, перетворюють член,

де V – об’ємна швидкість рідини;

– питома електропровідність;

I – сила струму.

Отже, підставивши H₀/H в рівняння для ξ одержуємо розрахункову формулу:

В це рівняння входять величини, які можна виміряти експериментально.

Крім вимірювання ξ-потенціалу, метод електроосмосу має велике практичне застосування в процесах дисводнення пористих матеріалів і концентруванні колоїдних систем.

2. Електрофорез

Явище спрямованого переміщення частинок дисперсної фази в електричному полі.

На початку ХІХ ст. Ф. Рейсс, вивчаючи електроліз води, провів такий експеримент. Він заповнив водою скляні трубочки, занурені перед цим у глину. Після накладання електричного поля він спостерігав переміщення частинок глини в рідині до позитивного електрода.

Електрофорез можна спостерігати лише в седиментаційних стійких дисперсійних системах.

Рухливість частинок в електричному полі зумовлена тим, що при накладанні зовнішнього електричного поля, відбувається розрив ПЕШ по площині «ковзання». Внаслідок цього частинка одержує певний заряд і переміщується до електрода з зарядом, протилежним заряду цієї частинки. При цьому протийони дифузійного шару переміщуються до протилежно зарядженого електрода. Швидкість руху частинок у дифузійного шару пропорційна величині ξ-потенціалу.

На відміну від електроосмосу при електрофорезі можна безпосередньо вимірювати швидкість руху частинок.

Рівняння Гельмгольца-Смолуховського справедливе і для електрофорезу, т.і.

Однак, лінійна швидкість руху частинок U₀ не може слугувати їхньою характеристикою, бо вона змінюється з напругою зовнішнього електричного поля H.

Тому ввели поняття електрофоретичної рухливості U_еф,, яка дорівнює швидкості при одиничному градієнті потенціалу (H = 1).

, т.і. звідси:

ξ =

Якщо визначити, то

Лінійна швидкість U₀ – це фактично відношення лінійного зміщення межі ЗОАЮ S до часу експерименту (t)

Е – зовнішня різниця потенціалів (напруга);

l – відстань між електродами.

Отже,

т.і. усі величини можна виміряти.

U_еф вимірюється в м²/(с×В), а ξ-потенціал частинок колоїдних розчинів знаходиться в межах 1,5-1,75 мВ.