Электрокинетический потенциал (?-потенциал)

Электрокинетические явления в дисперсных системах обусловлены наличием на границе раздела фаз двойного электрического слоя. При относительном перемещении фаз происходит отрыв по так называемой плоскости скольжения части диффузного слоя ДЭС, слабо связанной с поверхностью. Например, ДЭС разрывается при броуновском движении частиц дисперсной фазы. Плоскость скольжения проходит по диффузному слою, и часть его ионов остается в дисперсионной среде. В результате дисперсионная среда и дисперсная фаза оказываются противоположно заряженными. Потенциал, возникающий на плоскости скольжения при отрыве части диффузного слоя, называют электрокинетическим потенциалом, или^{-потенциалом.} Плоскость скольжения может находиться на разном расстоянии от межфазной поверхности. Это расстояние зависит от скорости движения фаз, вязкости среды, природы фаз и других факторов. Соответственно от всех этих факторов зависит и величина электрокинетического потенциала. В отличие от ф-потенциала,^{-потенциал} поддается измерению.

В общем случае^{-потенциал} всегда меньше ф§-потенциала на границе адсорбционного и диффузного слоев, но для упрощения обычно принимают, что плоскость скольжения проходит именно по границе адсорбционной и диффузной частей ДЭС и С, = ф8. Таким образом, все факторы, влияющие на фб и толщину X диффузного слоя, изменяют и^{-потенциал.} Так, согласно уравнениям (8.1) и (8.2), понижение температуры, введение в систему индифферентного электролита (ионы, которого не способны достраивать кристаллическую решетку) и увеличение заряда его ионов ведут к уменьшению толщины диффузного слоя, снижению ф§ и^{-потенциалов} электрокинетического потенциала. Рассмотрим подробнее влияние этих факторов.

Влияние концентрации индифферентных ионов на ?-потенциал

Различают два случая.

1. Влияние электролита, один из ионов которого является противоионом ДЭС мицелл. Влияние концентрации такого электролита на величину^{-потенциала} иллюстрирует рис. 8.4.

Рис. 8.4. Влияние концентрации С индифферентного электролита на^{-потенциал} мицелл Увеличение концентрации от С_г до С₃ уменьшает толщину диффузного слоя (ионы из него переходят в адсорбционный слой) от Х_г до Х₃ и значение^{-потенциала} от ^ до С,₃. При С₄ двойной электрический слой состоит лишь из слоя Гельмгольца, и^{-потенциал} равен нулю. Такое состояние коллоидной системы называют изоэлектрическим, а формула ДЭС мицеллы (8.4) в этом случае имеет вид.

Коллоидные системы, находящиеся в изоэлектрическом состоянии, не участвуют в электрокинетических явлениях.

2. Влияние электролитов, не имеющих общих ионов с противоионами ДЭС мицелл. Закономерности влияния концентрации таких электролитов на^{-потенциал} мицелл аналогичны рассмотренным: с увеличением С электрокинетический потенциал уменьшается вплоть до нуля (изоэлектрического состояния).

При этом ионы добавленного электролита могут вытеснять противоионы адсорбционного слоя ДЭС, замещая их (обменная адсорбция).

Особенно свойственно данное явление индифферентным многовалентным ионам, таким как А1⁺³, Th⁺⁴, (Р0₄) —³, а также органическим ионам. Они при одинаковой концентрации снижают^{-потенциал} значительно сильнее, чем рассмотренные выше однозарядные противоионы К⁺ или NO§ (рис. 8.5).

Рис. 8.5. Влияние концентрации электролитов на ^-потенциал:

1 — КС1; 2 — СаС1₂; 3 — FeCl₃; 4 — ThCl₄

Это объясняется тем, что многозарядные ионы обладают большей адсорбционной способностью, сильнее притягиваются заряженным ядром мицеллы. Войдя в адсорбционный слой ДЭС, они компенсируют сразу несколько зарядов поверхности, вызывая изоэлектрическое состояние при существенно меньших концентрациях, чем одновалентные ионы. Они способны не только полностью скомпенсировать заряд ядра, но и перезарядить коллоидные частицы (рис. 8.6).

Рис. 8.6. Падение потенциала в пределах двойного электрического слоя при перезарядке частицы мицеллы.

Ионы с одинаковым зарядом снижают электрокинетический потенциал в соответствии с их радиусом. Так, известны следующие ряды понижающего действия концентрации ионов на ^-потенциал:

Ионы с малым радиусом слабее поляризуются, сильнее гидратируются и поэтому труднее входят в адсорбционную часть ДЭС (для этого им нужно сбросить часть «гидратной шубы», а этот процесс энергетически невыгоден) и в меньшей степени снижают ^-потенциал.