АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Прямые и обратные электрокинетические явления

К электрокинетическим явлениям относят эффекты, связанные либо с относительным движением двух фаз под действием постоянного электрического поля, либо с возникновением разности потенциалов при относительном смещении двух фаз, на границе между которыми существует двойной электрический слой.

Основанные на взаимосвязи между электрическими и кинетическими свойствами дисперсных систем, эти явления подразделяются на две группы: прямые и обратные. К прямым относят электрокинетические явления, возникающие под действием внешнего электрического поля (электрофорез и электроосмос), к обратным - явления, в которых при механическом перемещении одной фазы относительно другой возникает электрический потенциал (потенциалы протекания и седиментации).

Электрофорез и электроосмос были открыты профессором Московского университета Ф.Ф. Рейссом в 1908 г. при исследовании электролиза воды (наблюдения начаты в 1907 г.). Им поставлены два эксперимента, послужив­шие основой для дальнейшего исследования электрических свойств коллоид­ных систем (рис. 5.1).

а б

Рис. 5.1. Схематическое изображение опытов Рейсса по

электроосмосу (а) и электрофорезу (б)

В одном из них он использовал U-образную трубку - электролизер,перегороженную в нижней части диафрагмой из кварцевого песка (для разделения продуктов электролиза) и заполненную водой (рис. 5.1 а). При наложении внешнего электрического поля к электродам (100 В), опущенным в воду, Рейсс обнаружил перемещение жидкости в колено трубки с отрицательно заряженным электродом, происходящее до тех пор, пока не устано­вится определенная разность уровней жидкости (равновесие с гидростатическим давлением). Причем, эта разность была значительной (~20 см) и быстро спадала после выключения тока. Поскольку без наличия диафрагмы (толченого кварца) движения жидкости не происходило, был сделан вывод о заряже­нии жидкости при контакте с частицами кварца.

Явление перемещения жидкости (дисперсионной среды) относительнонеподвижной дисперсной фазы под действием внешнего электрического поля, наблюдаемое как в капиллярно-пористых телах, так и в одиночных капилля­рах, получило название электроосмоса.

В другом эксперименте Ф.Ф. Рейсс погружал в слой влажной пластичной глины на близком расстоянии стеклянные трубки с электродами и заполнял их водой до одинакового уровня, насыпал немного кварцевого песка и после на­ложения внешнего электрического поля наблюдал, наряду с электроосмосом, перемещение отрывающихся частиц глины (дисперсной фазы) в жидкости в противоположном направлении - к положительно заряженному электроду (рис.5.1 б). Он заметил, что в анодной трубке А жидкость над слоем песка ста­новится мутной, появляется суспензия глинистых частиц, уровень воды пони­жается; в катодной трубке К мути нет, но уровень жидкости повышается. Из этого опыта им был сделан вывод: глинистые частицы, двигающиеся к поло­жительному полюсу, заряжены отрицательно, а прилегающий к ним слой воды заряжен положительно, так как перемешается к отрицательному полюсу.

Явление перемещения частиц дисперсной фазы в постоянном электрическом поле к противоположно заряженному электроду получило название электрофореза. Таким образом, было обнаружено, что частицы имеют заряд, противоположный по знаку заряду жидкости.

Первые количественные исследования электроосмоса выполнены Видеманном (1852 г.). Он установил: объемная скорость V электроосмоса пропорциональна силе тока I при прочих фиксированных параметрах, а отно­шение V/I не зависит от площади сечения и толщины диафрагмы.

Позднее, во второй половине XIX в., былиоткрыты явления, обратные по характеру электроосмосу и электрофорезу.

Так, в 1859 г. Квинке обнаружил, что при фильтровании воды через порис­тую диафрагму¹⁹ [13] возникает разность потенциалов между двумя ее сторонами (рис. 5.2 а), пропорциональная давлению, под которым протекает жидкость. Возникновение разности потенциалов Квинке наблюдал при течении воды и водных растворов через разнообразные пористые материалы (диафрагмы): глину, песок, дерево, графит и др.

Подобная же разность потенциалов обнаруживается между концами одиночного капилляра при протекании через него воды или разбавленного раствора. Это явление, обратное электроосмосу, названо потенциалом течения (или потенциалом протекания)²⁰ [14].

а б

Рис. 5.2. Схемы установок для наблюдения за возникновением

потенциалов течения (а) и оседания (б)

Явление, обратное электрофорезу, впервые наблюдали затем количественно исследовал Дорн (1878 г.). При оседании (седиментации) частиц суспензии кварца в воде под действием силы тяжести регистрировалась разность потенциалов, возникающая между двумя электродами, расположенными на разной высоте (рис. 5.2 б). Такое явление получило название потенциала оседания или потенциала седиментации, а также эффекта Дорна. Аналогичный эф­фект наблюдается в поле центробежной силы при центрифугировании сус­пензии.

Все описанные явления называютсяэлектрическими, поскольку в них обнаруживается взаимосвязь между электрическим полем и полем ско­ростей (кинетическим). Они могут быть сгруппированы попарно - либо по принципу причинности, либо по принципу объекта.

По причинно-следственным признакам электрокинетические явления в дис-персных системах подразделяют на две группы. К первой группе относят явле­ния, при которых относительное движение фаз обусловлено электрической разностью потенциалов (электроосмос, электрофорез). Ко второй группе от­носят явления, при которых относительное движение фаз вызывает возникно­вение электрической разности потенциалов (потенциалы течения и оседания).

Электрокинетические явления в течение длительного времени не могли быть объяснены. Теперь, на основании существующих представлений об электри­ческих свойствах границы раздела твердой и жидкой фаз, можно считать, что причина этих явлений заключена в существовании на ней двойного электричес­кого слоя (ДЭС).

Дата добавления: 2015-10-11 | Просмотры: 3014 | Нарушение авторских прав