Причины электрокинетических явлений - Контрольная работа

Электрокинетические явления были открыты профессором Московского университета Ф.Ф.Рейсом в 1808г. при исследовании электролиза воды. Явление перемещения жидкости в пористых телах под действием электрического поля получило название электроосмоса, а явление перемещения частиц-электрофореза. Квинке обнаружил явление, обратное электроосмосу, т.е. при течении жидкости через пористое тело под действием перепада давлений возникает разность потенциалов. Возникновение разности потенциалов Квинке наблюдал при течении воды и водных растворов через разнообразные пористые материалы (глина, дерево, графит и др.).Причина электрокинетических явлений в том, что на поверхности есть двойной электрический слой, имеющий диффузное строение и это приводит к тому, что фаза и среда заряжены противоположно.Существуют следующие механизмы образования двойного электрического слоя: 1) Ионизация поверхности. Поверхность адсорбирует ион более близкий по природе.Двойной электрический слой состоит из ионов одного знака, относительно прочно связанных с дисперсной твердой фазой (потенциалопределяющие ионы), и эквивалентного количества противоположно заряженных ионов, находящихся в жидкой среде вблизи межфазной поверхности (противоионы).Согласно этой теории двойной слой представляется как бы плоским конденсатором, одна обкладка которого связана непосредственно с поверхностью твердого тела (стенкой), а другая обкладка, несущая противоположный заряд, находится в жидкости на очень малом расстоянии от первой. Потенциал в таком двойном слое должен падать по прямой, а значение поверхностного заряда будет определяться известной из физики формулой:-абсолютная диэлектрическая проницаемость среды; На рис.1 дана схема строения такого двойного электрического слоя, он также иллюстрирует падение потенциала с увеличением расстояния x от поверхности твердого тела.Согласно этой теории противоионы не могут быть сосредоточены только у межфазной поверхности и образовывать моноионный слой, а рассеяны в жидкой фазе на некотором расстоянии от границы раздела. Такая структура двойного слоя определяется, с одной стороны, электрическим полем у твердой фазы, стремящимся притянуть эквивалентное количество противоположно заряженных ионов возможно ближе к стенке, а с другой стороны, тепловым движением ионов, вследствие которого противоионы стремятся рассеяться во всем объеме жидкой фазы. С удалением от межфазной границы сила этого поля постепенно ослабевает и проявляется все сильнее рассеивание противоионов двойного слоя в результате теплового движения, вследствие чего концентрация противоионов падает и становится равной концентрации тех же ионов, находящихся в глубине жидкой фазы. Таким образом, возникает равновесный диффузный слой противоионов, связанных с твердой фазой.Штерн предложил схему строения двойного электрического слоя. Во-первых, он принял, что ионы имеют конечные, вполне определенные размеры и, следовательно, центры ионов не могут находится к поверхности твердой фазы ближе, чем на расстояние ионного радиуса.При относительном смещении фаз происходит разрыв двойного электрического слоя по плоскости скольжения (рис.4). Плоскость скольжения обычно проходит по диффузному слою, и часть его ионов остается в дисперсной среде. Потенциал, возникающий на плоскости скольжения при отрыве части диффузного слоя, называется электрокинетическим потенциалом или-потенциалом. Т.к. плоскость скольжения может находиться на разном расстоянии от межфазной поверхности, а это расстояние зависит от скорости движения фаз, вязкости среды, природы фаз и других факторов, то соответственно от всех этих факторов зависит и значение электрокинетического потенциала. Этот потенциал будет снижаться и с уменьшением диэлектрической проницаемости среды, например, при добавлении в водный раствор спиртов, эфиров и других органических веществ.При рассмотрении электрокинетических явлений Гельмгольц исходил из следующих положений: 1) Электрические заряды поверхности жидкости и твердой фазы противоположны по знаку и расположены параллельно друг другу, в результате чего образуется двойной электрический слой; 3) При электрокинетических явлениях слой жидкости, непосредственно прилегающий к поверхности твердой фазы остается неподвижным, тогда как остальная жидкость, находящаяся вблизи этой поверхности, подвижна и к ней приложим закон трения, применяемый к нормальным жидкостям;Направленное перемещение жидкости в пористом теле под действием приложенной разности потенциалов (электроосмос) удобно изучать с помощью прибора, схематически показанному на рисунке 5. Прибор представляет собой U-образную трубку, в одно колено которой впаян капилляр 1 для точного определения количества протекающей жидкости, в другом-между электродами располагается пористое тело 2 (мембрана) из силикогеля, глинозема и др. материалов.

Содержание

Введение

1. Двойной электрический слой

1.1 Механизмы образования двойного электрического слоя

1.2 Строение двойного электрического слоя

1.2.1 Теория Гельмгольца

1.2.2 Теория Гуи

1.2.3 Теория Штерна

2. Электрокинетический потенциал

3. Электроосмос и электрофорез

3.1 Электроосмос

3.2 Электрофорез

4. Потенциал течения и седиментации

Заключение

Литература