Электрокинетический потенциал.

Потенциал на поверхности - φ называется термодинамическим потенциалом и характеризует скачок потенциала на поверхности раздела между фазами.

Потенциал на поверхности раздела φ и потенциал так называемой плоскости максимального приближения (расположенной на расстоянии Δ порядка молекулярных размеров) φ₀ принадлежат к разряду практически неизмеримых величин.

Для характеристики электрических свойств поверхности используют ζ-потенциал – потенциал границы скольжения фаз, определяемый экспериментально различными методами (метод потенциала протекания, электрофоретический метод и др.).

ζ-потенциал можно представить как работу, необходимую для переноса единичного заряда из бесконечно удаленного элемента объема раствора на поверхность скольжения.

ζ-потенциал по знаку совпадает с φ-потенциалом.

Из рис. 4.1 видно, что потенциал границы скольжения ниже чем потенциал на поверхности, тем не менее величина ζ-потенциала широко используется для характеристики свойств поверхности при рассмотрении адсорбции, адгезии, агрегативной устойчивости дисперсных систем и других важных процессов.

 

Влияние электролитов на электрокинетический потенциал

Как видно из рис. 4.1, значение электрокинетического потенциала зависит от числа нескомпенсированных на поверхности скольжения зарядов адсорбционного слоя, т.е. от числа ионов в диффузном слое.

Толщина двойного электрического слоя и значение электрокинетического потенциала зависят от концентрации электролита в растворе.

Изменение электрокинетического потенциала с изменением концентрации ионов разных валентностей показано на рис. 4.2.

 

Рис. 4.2. Зависимость электрокинетического потенциала от концентрации электролита для одно (1), двух (2) и трех (3) зарядных противоионов.

 

Изменение толщины ДЭС при добавлении электролита к раствору объясняется тем, что при этом в растворе изменяются соотношения между влиянием электростатического притяжения и диффузии, определяющими распределение ионов в наружной обкладке двойного слоя.

Катионы оказывают тем более понижающее действие (при отрицательном знаке заряда поверхности), чем выше их валентность. Такое действие можно объяснить тем, что с увеличением заряда иона возрастает сила электростатического притяжения его к поверхности и ионы большей валентности могут ближе подойти к поверхности, вызывая тем самым более сильное сжатие диффузного слоя и, соответственно, понижение ζ-потенциала.

Многовалентные ионы могут не только уменьшить величину электрокинетического потенциала, но и изменить его знак, т.е. произвести перезарядку поверхности. Это объясняется их высокой специфической адсорбционной способностью: сильно электростатически притягиваясь к поверхности, многовалентные катионы нейтрализуют ее заряд, дальнейшая сверхэквивалентная адсорбция катионов поверхностью приводит к появлению избыточного положительного заряда на поверхности раздела, который вновь будет компенсироваться отрицательными противоионами, вследствии чего на поверхности возникнет новый двойной электрический слой с положительной внутренней обкладкой и отрицательным слоем противоионов.

Четырехвалентные металлы, например цирконий, обеспечивают уже в незначительном количестве резкое снижение электрокинетического потенциала, минимальное увеличение концентрации металла приводит к перезарядке поверхности и увеличению значений ζ-потенциала.

 

Строение мицеллы.

Согласно общепринятой мицеллярной теории строения коллоидных растворов, золь состоит из 2-х частей:

1. Мицелла – структурная коллоидная единица (частица дисперсной фазы), окруженная двойным электрическим слоем.

2. Интермицеллярная жидкость – дисперсионная среда, разделяющая мицеллы, в которой растворены электролиты, неэлектролиты и ПАВ.

 

Строение мицеллы может быть рассмотрено лишь в первом приближении, т.к. она не имеет определенного состава. В настоящее время нет возможности учесть влияния на строение мицеллы всех процессов, обусловленных сложными ионно-молекулярным взаимодействием на поверхности раздела двух фаз в растворе.

Рассмотрим, без учета влияния интермицеллярной жидкости, упрощенные схемы мицеллы иодида серебра, полученные по реакции:

 

AgNO3+KJ®AgJ¯+KNO3
избыток AgNO3	избыток KJ

Элементарная коллоидная частица – мицелла (4) – имеет следующее строение:

- в центре находится ядро (1), представляющее собой микрокристалл или агрегат из микрокристаллов; поверхность ядра обладает запасом свободной энергии и избирательно адсорбирует ионы из окружающей среды.

Правило Панета-Фаянса: на поверхности твердого тела предпочтительно адсорбируются ионы, способные достраивать его кристаллическую решетку или образующие с ионами, входящими в состав кристаллической решетки наиболее труднорастворимые соединения. Определяется это избытком тех или иных ионов.

- ядро вместе с потенциалопределяющими ионами образуют агрегат (2);

- после возникновения заряда агрегат начинает притягивать из раствора ионы с противоположным знаком (противоионы) – образуется двойной электрический слой;

- при этом, некоторые ионы очень прочно притягиваются к агрегату, образуя адсорбционный (плотный) слой противоионов. Агрегат вместе с противоионами плотного слоя составляет гранулу или частицу (3). Частица характеризуется двойным электрическим слоем, состоящим из потенциалопределяющих ионов и противоионов плотного слоя, алгебраическая сумма которых определяет заряд системы;

- противоионы не входящие в плотный слой и находящиеся на более далеком расстоянии от ядра образуют диффузный слой противоионов. Все вместе составляет мицеллу (4), электрический заряд которой равен нулю.