Лабораторна робота № 7 «ЕЛЕКТРОФОРЕЗ»

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

 

Стислі теоретичнi вiдомостi

Біля поверхнi ядра колоїдної частинки iснує подвiйний електричний шар iонiв (ПЕШ). За теорією Штерна ПЕШ поділяється на адсорбційну та дифузну складові. Адсорбційна частина ПЕШ мiцно закрiплена на поверхнi колоїдної частинки. Вона складається з адсорбованих на поверхні ядрапотенцiалвизначаючих iонів, заряд яких обумовлює знак та величину термодинамічного потенціалу , та частини протиіонів. Дифузна складова ПЕШ розподілена у рiдинi навколо ядра та адсорбційного шару, утворюючи іонну атмосферу, густина заряду якої зменшується з віддаленням від поверхні ядра.

Умовна межа, яка відділяє частину дифузного шару, що нерозривно пов’язана з ядром і рухається разом з ним, від решти дифузного шару називається поверхнею ковзання. Потенціал на поверхні ковзання (на відстані від поверхні ядра) називається електрокінетичним потенціалом або x –потенціалом (читають «Дзета-потенціал»). x –потенціал є частиною термодинамічного потенціалу .Потенціал електричного поля зменшується зi збiльшенням вiдстанi вiд поверхнi (рис. 22).

 

 

Рис. 22. Зміна потенцiалу електричного поля залежно від відстані

від поверхні в подвiйному електричному шарi

 

Завдяки наявностi заряду колоїднi частинки можуть рухатися пiд впливом електричного поля, створеного рiзницею потенцiалiв на електродах. Це явище має назву електрофорезу. Якщо твердi частинки закрiпленi та не можуть рухатися, відносно них почне перемiщуватися рiдина, яка знаходиться в порах або капiлярах, що утворенi твердим тiлом. Явище переносу рiдини (дисперсiйного середовища) вiдносно нерухомої фази в електричному полi називають електроосмосом. Електрофорез та електроосмос належать до прямих електрокiнетичних явищ. Iснують і зворотнi електрокiнетичнi явища – потенцiал седиментацiї та потенцiал течiї.

Потенціал седиментації (ефект Дорна) – явище виникнення різниці потенціалів при переміщенні заряджених частинок дисперсної фази в дисперсійному середовищі. Потенціал течії (ефект Квінке) – явище виникнення різниці потенціалів внаслідокрухудисперсійного середовища відносно нерухомої дисперсної фази.

Інтенсивність прояву всіх електрокінетичних явищ прямо пропорційна величині електрокінетичного потенціалу, який є визначальною характеристикою ПЕШ. Вимірюється x у вольтах (В). Як правило, він не перевищує 120 мВ. Вважається, що порогом стійкості дисперсної системи є величина x, яка дорівнює30 мВ.

Електрокінетичний потенціал можна визначити, вимірюючи швидкість перемiщення колоїдних частинок при електрофорезі. Його величина залежить від природи електролітів та їхньої концентрації, температури та в’язкості дисперсійного середовища, а в деяких випадках і від рН колоїдного розчину.

Швидкість руху частинок дисперсної фази при накладанні електричного поля на дисперсну систему визначається за рівнянням:

,

(7.1)

де – лінійна швидкість руху часток, м/с (s – відстань переміщення частинок дисперсної фази під дією електричного поля за час t); e – відносна діелектрична проникність середовища; = 8,85×10^–12 Ф/м – електрична константа; x – електрокiнетичний потенцiал; – градієнт потенціалу зовнішнього електричного поля, В/м (Е – напруга на електродах, l – відстань між електродами по ходу руху заряджених частинок); h – в’язкість дисперсійного середовища, Па∙с.

Визначивши швидкiсть перемiщення частинок в електричному полi, можна обчислити електрокiнетичний потенцiал x за формулою:

.

(7.2)

Робота 7.1.Визначення знаку та величини електрокiнетичного