ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Двойной электрический слой и электрокинетические явления Электрокинетический потенциал из "Руководство к практическим работам по коллоидной химии Издание 2" На границе раздела фаз, как правило, возникает двойной электрический слой его происхождение можно объяснить следующим образом. [c.174] В гомогенной фазе химический потенциал ц любого компонента в рйвНовесном состоянии имеет постоянную величину во всем объеме фазы. Вместе с тем величина ц для данного компонента в разных фазах имеет различные значения. Поэтому при соприкосновении двух фаз на границе раздела происходит переход компонентов из фазы с более высоким значением химического потенциала в фазу с меньшей величиной Переход заряженных компонентов (ионов, электронов) приводит к образованию заряда в одной фазе и равного, но противоположного по знаку, заряда в другой. Эти противоположные зарядЫ, благодаря взаимному притяжению, остаются на границе раздела, образуя двойной электрический слой. [c.174] Дальнейший переход вещества из одной фазы в другую будет задерживаться возникающей разностью потенциалов Дф и, наконец, прекратится при достижении максимальной равновесной величины Дф. [c.174] Такие процессы на границе проводников с растворами изучаются в электрохимии. Коллоидная химия изучает наряду с проводниками системы с непроводящей твердой фазой, где двойной электрический слой возникает за счет перехода ионов из- дисперсной фазы в дисперсионную среду или же в обратном направлении. [c.174] Первьш случай имеет место при диссоциации молекул, составляющий поверхностный слой твердой фазы (например, поликислот). При этом один из ионов (например, ) выходит в жидкую ф зу, в то время как другой ион, связанный более прочно (обычнД силами главных валентностей), остается в твердой. фазе. Во втором случае двойной электрический слой возникает в результа ] е преимущественной адсорбции одного из ионов раствора, обычно иона общего или изоморфного с ионами твердой фазы (например, Ag+ на Ag l). [c.175] Таким образом, в результате диссоциации или адсорбции одна фаза приобретает положйтельный заряд, другая — отрицательный. Поэтому наложение внешнего электрического поля приводит к относительному перемещению двух фаз, каждая из которых будет двигаться, если она не закреплена, к противоположному полюсу. Наоборот, относительное движение фаз под действием внешнего механического усилия приводит к смещению зарядов, а следовательно, к возникновению градиента потенциала в направлении смещения. [c.175] Явления относительного движения фаз вдоль поверхности раздела, обусловленные внешним электрическим полем или приводящие к возникновению электрического поля, называются электрокинетическими явлениями.. [c.175] Движение под действием внешнего электрического поля, -а) свободных частиц дисперсной фазы (суспензии, эмульсии, золи) в дисперсионной среде называется электрофорезом-(катафорезом), б) жидкости относительно неподвижной твер-,дой фазы (капиллярные системы, гели) называется электро-.осмосом. [c.175] Возникновение электрического поля при механическом движении а) свободных частиц дисперсной фазы в дисперсионной-среде (обычно под действием силы тяжести) называется потенциалом седиментаций (эффект Дорна), б) жидкости относительно неподвижной твердой фазы (обычно под действием внешнего давления) называется по тенциалом протекания (течения). [c.175] Изучение этих явлений имеет большое и разностороннее значение для теории процессов, происходящих в поверхностном слое (в частности, в вопросах устойчивости дисперсных систем), и широко используется при решении различных практических задач. [c.175] Наряду с рассмотренными явлениями наличие двойного электрического слоя изменяет условия прохождения тока в растворе, находящемся в равновесии с твердой фазой, а именно, изменяет числа переноса ионов и электропроводность в жидкости, заполняющей поры капиллярных систем. [c.175] Представление о двойном электрическом слое, как о плоском конденсаторе, развитое в классических работах Гельмгольца, получило дальнейшее развитие в трудах Смолуховского, Гуи, Чэпмена, Штерна и других ученых. [c.176] Рассмотрим современное представление о строении двойного электрического слоя ионов на границе твердой фазы с водой или с разбавленным водным раствором электролита (например, на границе стекло — раствор КаС1) (рис. 72а). [c.176] входящие в состав твердой фазы (например, анионы поликремневых кислот п 8102 810з , возникающие в результате диссоциации), образуют внутреннюю обкладку двойного слоя. Ионы противоположного знака (катионы Ка , отделившиеся при диссоциации от твердой фазы), т. е. противоионы, образуют внешнюю обкладку двойного слоя, обращенную к жидкой фазе. [c.176] Ионы внешней обкладки, притянутые электрическими силами вплотную к внутренней обкладке, образуют плотный слой внешней обкладки. [c.176] Наряду с этим, благодаря молекулйрнсшу тепловому движению, часть ионов внешней обкладки, обладающих большей кинетической энергией, преодолевает потенциальную энергию поля и уходит в объем раствора. [c.176] В результате устанавливается динамическое равновесие, в котором скорость диффузии ионов из поверхностного слоя в объем раствора, равна скорости обратного процесса, обусловленного полем электростатических сил. Это равновесие аналогично распределению молекул газа в гравитационном поле и подчиняется закону Больцмана. Действие электрического поля приводит к увеличению концентрации ионов противоположного знака (с+) и к уменьшению концентрации одноименно заряженных ионов в растворе (с ), вблизи поверхности (рис. 72,в). [c.176] Согласно теории Штерна, часть противоионов находится в непосредственном соприкосновении с ионами твердой фазы, образуя плотный слой другая часть противоионов составляет диффузный слой. Обычное схематическое изображение распределения этих ионов приведено на рис. 72, б, где, в отличие от 72, а, показаны не все ионы, содержащиеся в растворе, а только избыточные. [c.177] Система в целом всегда является электронейтральной, то есть число зарядов внутренней обкладки должно быть равно числу зарядов противоионов (плотный слой + избыток в диффузном слое). [c.177] Толщина плотного слоя имеет порядок ионного диаметра. Толщина диффузного слоя зависит, от температуры и концентрации. Чем выще концентрация ионов в растворе, тем сильнее смещается равновесие в сторону перехода ионов из объема раствора в поверхностный слой, т. е. из диффузного слоя в плотный. Таким образом с ростом концентрации происходит сжатие диффузного слоя. [c.177] Вернуться к основной статье