В коллоидных системах на границе раздела дисперсная фаза - дисперсионная среда возникает двойной электрический слой (ДЭС).

Дата: 2025-06-14; Просмотры: 5

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Первая теория образования ДЭС была разработана Гельмгольцем, согласно которой двойной электрический слой состоит из двух слоев - один из которых расположен на твердой поверхности -потенциалопределяющие ионы, другой - в жидкой фазе параллельно поверхности на расстоянии молекулярного порядка от нее - обменные ионы, т.е. характер взаимодействия по типу плоского конденсатора (рис.36). Такая система в целом электронейтральна.

Рис.36. Распределение ионов в двойном электрическом слое («-» ‒ потенциалопределяющие ионы, «+» ‒ противоионы): I ‒ по Гельмгольцу, II ‒ по Гуи и Чэпмену, III ‒ по Штерну (вверху ‒ расположение ионов,

внизу ‒ кривые падения потенциа­ла)

Гуи и Чэпмен выдвинули теорию диффузного расположе­ния противоионов. По этой теории противоионы не могут быть сосредоточены только у межфазовой поверхности и образовывать моноионный слой, а рассеяны в жидкой фазе на некотором рас­стоянии от границы раздела. Такая размытая структура двойного слоя определяется, с одной стороны, электрическим полем у «твёрдой» фазы, стремящимся притянуть эквивалентное количество противоположно заряженных ионов возможно ближе к твердой поверхности, а с другой стороны, тепловым движением ионов, вследствие которого противоионы стремятся рассеяться во всем объеме жидкой фазы. В зависимости от преобладания той или иной силы состояние противоионов оказывается неодинаковым. Действие электрического поля в непосредственной близости от межфазной границы преобладает, с удалением от нее сила поля ослабевает и проявляется все сильнее тепловое движение, рас­сеивающее противоионы двойного слоя, вследствие чего концен­трация противоионов падает и становится равной концентрации тех же ионов, находящихся в жидкой фазе. Таким образом, возникает диффузный слой противоионов, связанных с твер­дой поверхностью, находящийся с ней в динамическом равнове­сии (рис.36 II).

Штерном была предложена схема строения ДЭС, в которой он объединил схемы Гельмгольца и Гуи - Чэпмена. Согласно Штерну, первый слой противоионов притягивается к твердой по­верхности под влиянием как электростатических, так и адсорб­ционных сил, частично компенсируя φ₀ - потенциал поверхности. В результате этого часть противоионов удерживается поверхно­стью на очень близком расстоянии, слой порядка 1-2 молекул, образуя плоский конденсатор (по теории Гельмгольца). Противоионы, необходимые для полной компенсации потенциалопределяющих ио­нов, в результате теплового движения образуют диффузную часть двойного слоя. Толщина этого слоя может быть значитель­ной и зависит от свойств и состава системы (рис. 36 III). В на­стоящее время наиболее распространенной является схема ДЭС по Штерну.

Разность потенциалов между твердой поверхностью коллоидной частицы (ядро с роем потенциалопределяющих ионов) и раствором (два слоя противоинов), называется термодинамическим или полным ‒ φ₀ ‒ потенциалом, величина его определяет размер мицеллы (кинетическую устойчивость).

Потенциал, который возникает на границе неподвижного и диффузного слоев противоионов, называется электрокинетическим или дзета-потенциалом (ζ). ζ ‒ потенциал определяет агрегативную устойчи­вость коллоидной системы.

В то время как термодинамический потенциал представля­ет собой падение потенциала во всем двойном электрическом слое, электрокине­тический потенциал - это падение потенциала в диффузной части ДЭС. Величина ζ ‒ потенциала находится в прямой зависимости от степени размытости ДЭС, т.е. от его толщины; толщина ДЭС тем больше, чем меньше концентрация электролита в золе (рис. 37).

Рис. 37. Зависимость ζ - потенциала и толщины диффузного слоя от концентрации электролита С (C₄>C₃>C₂>C₁), d - размер диффузного слоя противоионов

Величина ζ ‒ потенциала зависит от многих факторов, таких как температура, рН среды, концентрации электролита и золя и других. Экспериментально величину и знак ζ ‒ потенциала можно определить по передвижению коллоидных частиц (электрофо­ рез) или по передвижению дисперсионной среды (электроосмос) в электрическом поле. Эти явления получили название электрокинетических явлений I порядка (под действием электрического поля движется дисперсная фаза или дисперсионная среда).

Электрокинетические явления II порядка – это потенциал течения и потенциал оседания (под действием движения дисперсной фазы или дисперсионной среды возникает электрический ток).

Экспериментальная часть