Электрокинетический потенциал и методы его определения

Электрокинетические явления и причины их возникновения.

Электрокинетические явления были открыты профессором Московского университета Ф.Ф.Рейсом в 1808 г. Рейс исследовал явление электролиза воды (недавно открытое Фарадеем).

Электроосмос – явление перемещения жидкой дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы под действием электрического поля.

Электрофорез – явление перемещения дисперсной фазы относительно жидкой дисперсионной среды под действием электрического поля.

Потенциал течения – возникновение разности потенциалов при движении дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы.

Потенциал оседания (седиментации) – возникновение разности потенциалов при движении дисперсной

фазы относительно дисперсионной среды.

Электрокинетическими явления – это явления, в которых существует связь между скоростью протекания (кинетикой) и электрическим полем.

Причиной электрокинетических явлений является наличие на границе раздела фаз двойного электрического слоя (ДЭС).

Электрокинетический потенциал и методы его определения.

Электрокинетический (дзета) потенциал – потенциал, возникающий на границе скольжения фаз при их относительном перемещении в электрическом поле. Электрокинетический потенциал отражает свойства ДЭС и определяется экспериментально из электрокинетических явлений.

Электрокинетический потенциал является важнейшей характеристикой коллоидной системы, ее двойного электрического слоя, поскольку он не зависит от параметров системы, в которой находится золь (радиус, длина, форма пор диафрагмы). Электрокинетический потенциал является однозначной характеристикой электрических свойств данной границы раздела и определяется экспериментально из электрокинетических явлений, связанных с относительным перемещением фаз. Порядок величин ζ в зависимости от состава фаз и концентрации электролита обычно составляет 0,01÷0,1 В.

Скорость, как электрофореза, так и электроосмоса, при постоянной разности потенциалов пропорциональна величине ζ потенциала. Поэтому, определяя скорость перемещения заряженных частиц или скорость перемещения жидкости, можно вычислить величину электрокинетического потенциала.

Скорость перемещения коллоидной частицы в электрическом поле зависит:

- от свойств дисперсионной среды (вязкости η, диэлектрической проницаемости ε);

- от строения ДЭС коллоидной частицы - величины ζ,

- напряженности внешнего электрического поля Н.

Электрофоретической (электроосмотической) подвижностью (U0):

U

где U0 – электрофоретическая подвижность, м2/В·с; U – линейная скорость движения границы золь – боковая жидкость, м/с; H – напряженность электрического поля, В/м.

Электрокинетический потенциал связан с электрофоретической (электроосмотической) подвижностью, уравнением Гельмгольца – Смолуховского:

где ζ – величина электрокинетического потенциала, В; η – вязкость среды, Н·с/м2; ε – диэлектрическая проницаемость среды, для водной среды равная 81 (безразмерная величина);

– электрическая константа (диэлектрическая проницаемость вакуума), равная 8,85·10-12 Ф/м; U – линейная скорость движения границы золь – боковая жидкость, м/с; H – напряженность электрического поля, В/м.

Линейную скорость движения границы золь:

где h – смещение границы золь - боковая жидкость за время элетрофореза, м; t – время электрофореза, с.

Напряженность электрического поля (градиент потенциала) расчитывают как отношение приложенной разности потенциалов к растоянию между электродами:

где Е – приложенная разность потенциалов, В; l – расстояние между электродами, м.

Тогда уравнение Гельмгольца - Смолуховского для электрофореза запишется: