Механизмы образования и строения двойного электрического слоя. Характеристика рассеянности противоионов в жидкой фазе на некотором расстоянии от границы раздела за теорией Гуи. Особенность протекания электрокинетических явлений в дисперсных системах.
Аннотация к работе
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.
План
Содержание
Введение
1. Двойной электрический слой
1.1 Механизмы образования двойного электрического слоя