ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Строение коллоидных частиц и электрические свойства коллоидных систем из "Практикум по коллоидной химии Издание 2" Рассмотрим очень важную особенность коллоидных систем с твердой диспергированной фазой, распределенной в воде. [c.26] В таких коллоидных системах, кроме двух компонентов, составляющих диспергированную фазу и жидкую дисперсионную среду, всегда присутствует и третий компонент — электролит, растворенный в воде. [c.26] В гидрозолях электролит появляется иногда как продукт химической реакции, в результате которой был получен золь, иногда как не прореагировавший избыток исходных реагентов или в виде случайных загрязнений. [c.27] На твердой поверхности частицы адсорбируют ионы присутствующего электролита, образуя вокруг твердого ядра нейтральный ионогенный комплекс, двойной электрический слой, состоящей из внутренней оболочки ионов одного какого-либо знака в виде монослоя и внешней в виде диффузно распределенных проти-воионов (противоионный слой). Совместно с ядром двойной электрический слой составляет мицеллу (рис. 3). [c.28] Понятно, что ионы, входящие в противоионный слой, в различной степени удерживаются поверхностью. Ионы, находящиеся вблизи поверхности, удерживаются сильнее, чем ионы, расположенные у периферии. Под влиянием диффузии периферийные ионы перемещаются, выходя за пределы противоионного слоя и заменяясь другими, подобными им. Форму мицеллы можно назвать сферической лишь в статистическом смысле, а вообще говоря, ей следует приписать бесформенные о чертания облака. Если Поместить такую мицеллу в электрическое поле, то слабо удерживаемые периферийные ионы противоионного слоя, отделяясь будут передвигаться к соответствующему электроду. Мицелла как бы разрывается , и на границе разрыва в результате отделения части компенсирующих ионов возникает потенциал, носящий название электрокинетического потенциала или дзета -потенциала, т. к. он обозначается буквой С. Оставшаяся часть, состоящая из. ядра, ионного слоя и части противоионного, образует, так называемую, частицу будучи заряжена, она в электрическом поле перемещается к противоположному электроду. Такое явление передвижения коллоидных частиц в электрическом поле, носит название электрофореза. Теперь можно противоионный слой рассматривать как состоящий из двух слоев слабо удерживаемых или, как иногда их называют, свободных ионов, которые образуют диффузный слой, и прочно удерживаемых ионов последние вместе с монослоем адсорбированных ионов противоположного знака образуют адсорбционный слой. [c.28] Ядро и адсорбционный слой составляют частицу. Мицелла, состоящая из частиц и диффузного слоя, в целом нейтральна, частица, состоящая из твердого ядра и адсорбционного слоя, заряжена. Знак заряда определяется теми ионами, которые непосредственно адсорбированы на поверхности и составляют первый монослой. [c.28] На рис. 4 схематически представлен процесс электрофореза. Его ведут в и-образной трубке, в которую наливают золь, а поверх него очень слабый раствор электролита. Если золь окрашен или белый, то образуется легко различимая граница между золем и раствором. При наложении электрического поля граница золя начинает перемещаться по направлению к электроду, заряженному противоположно частице. [c.28] Для наблюдения подобного же эффекта в низкодисперсных системах, например, в суспензиях или пористых телах, электрофорез можно перевернуть , заставив двигаться не частицы, а жидкость, сохраняя частицы неподвижными. Такое обращение электрофореза, называемое электроосмосом, может быть осуществлено, например, на порошке, если приготовить его в виде диафрагмы, по обе стороны которой находится раствор электролита. Свободное пространство между частицами порошка представляет собою сложные узкие переходы — капилляры ионы внешних слоев располагаются в пространстве капилляров, в то время как ионы ионного и части противоионного слоя удерживаются поверхностью (см. рис. 4-II). В растворе электролита, заполняющего капилляры, окажется избыточная концентрация ионов определенного заряда, т. к. часть ионов противоположного знака адсорбировалась на поверхности частиц порошка, что привело к снижению их концентрации в объеме. При наложении электрического поля жидкость будет передвигаться по капиллярам к соответствующему электроду. В результате уровень жидкости в сосуде переместится к одному из электродов. [c.30] Чтобы показать распределение потенциалов, приведем всю схему мицеллы (рис. 3) в системе координат. Ордината тс, представляющая значения потенциалов поля, при этом совпадает с плоскостью твердого ядра абсцисса г расстояние от этой плоскости или радиусы соответствующих слоев. Кривая я, г представляет собою снижение потенциала поля с расстоянием, а каждая ордината значение этого потенциала в данной точке поля. [c.30] Потенциал р у поверхности ядра — максимальный его называют полным скачком потенциала (или знакоопределяющий потенциал). На границе разрыва, или как иногда говорят поверхности скольжения, возникает электрокинетический потенциал Z. [c.30] Теперь можно составить формулу мицеллы с учетом разграничения ее на ядро, адсорбционный и диффузный слои. [c.30] Ниже приводятся примеры мицелл различных гидрозолей (см. табл. 2). [c.30] Величина дзета-потенциала зависит не только от природы золя и суспензии, но и от концентрации электролита в нем, метода получения и других условий. [c.31] Истинный раствор золь. Кроме мыл, подобными же свойствами обладают некоторые красители, дубители и ряд синтетических детергентов, получаемых для нужд промышленности. Все эти вещества, включая и мыла, за их способность в зависимости от условий переходить из мицеллярного в ионное или молекулярное состояние и обратно, а также в силу особого строения мицеллы, получили название полуколлоидов. [c.32] В электроосмотической машине частицы каолина под действием приложенного напряжения передвигаются к аноду, который выполнен в виде вращающегося барабана, сидящего на горизонтальной оси и до половины погруженного в суспензию. Твердая фаза отлагается на аноде в виде плотного слоя, который при вращении барабана выносится наружу, где очищается скребками. В комбинации с фильтрующими элементами сконструированы фильтр-прессы для сушки торфа , где одновременно с отпрессовкой воды протекает электроосмос в образованной прессованием торфяной диафрагме. [c.33] В производстве резины, где требуется выделять полужидкие частицы каучука из латекса, латекс подвергают электрофорезу анодом служит движущееся металлическое полотно, на котором осаждаются частицы латекса и выносятся на этом полотне из ванны. При производстве прорезиненных тканей ленту ткани пропускают вблизи неподвижного анода частицы латекса передвигаясь к аноду, удерживаются на ткани. Для гуммирования металлических деталей аппаратов с антикоррозионными целями деталь погружают в латекс каучука, делая ее анодом. После образования на детали каучуковой пленки ее вулканизируют. Широко распространен электрофоретический метод нанесения тонких слоев изолирующего покрытия из суспензии алунда (плавленного корунда) на подогреватели электронных ламп или карбонатов щелочноземельных металлов на катоды этих ламп. Комбинацией электролиза и электрофореза достигается довольно высокая степень очистки воды. Очищаемая вода проходит последовательно ряд ячеек, каждая из которых разделена двумя пористыми диафрагмами на три пространства анодное, среднее и катодное. Под действием электролиза ионы примесей электролитов свободно проходят сквозь поры диафрагмы, концентрируясь в электродных пространствах, откуда вымываются промывными водами. Твердые коллоидные частицы примесей при своем передвижении к электроду удерживаются поверхностью диафрагм. [c.33] На принципе электрофореза основана также очистка газов от пыли в электрофильтрах загрязненный газ, главным образом воздух, пропускают через трубообразную камеру, вдоль оси которой натянут электрод в виде заряженной проволоки. Стенки камеры несут заряд противоположного знака. Запыленный воздух вводится в камеру, где благодаря высокому напряжению он подвергается ионизации образующиеся ионы, сорбируясь на поверхности частиц пыли, сообщают им заряд, противоположный заряду стенки. Пыль мигрирует к стенкам, где, разряжаясь, оседает. На одном цементном заводе в течение 12 лет было уловлено таким образом до 350 тыс. тонн цемента, что соответствует годовой производительности двух заводов средней мощности. [c.34] Заряд частицы используют и в некоторых других случаях. Так, например, во избежание налипания глиняной массы на резак, во время нарезки кирпичей, ему придают заряд, противоположный заряду глинистых частиц. Налипание глины прекращается. [c.34] Вернуться к основной статье