Взаимная коагуляция золей

    При электрофорезе электрокинетический  потенциал может быть рассчитан  по уравнению Гельмгольца-Смолуховского: 

    

   , (В)                     (4),  

    где η – вязкость дисперсионной среды (Па·с), ε - относительная диэлектрическая  проницаемость среды (для воды при 18⁰ ε=81), ε₀ – электрическая постоянная (8,85 · 10^-12 Ф/м),  u_эф - электрофоретическая подвижность частиц золя. 

      Необходимо  отметить, что уравнение (4) получено в предположении того, что толщина  диффузионного слоя  значительно  меньше радиуса частиц r.  В случае несоблюдения этого условия, т.е. λ≥r, при действии электрического поля подвижность частиц претерпевает изменения. Связано это с появлением  эффектов релаксации и электрофоретическим торможением. Первый связан с нарушением симметрии диффузного слоя вокруг частицы, возникающим вследствие движения фаз в противоположном направлении, что в целом, ведет к уменьшению эффективного значения u_эф  и ζ-потенциала. Второй эффект также связан с ионной атмосферой: встречный поток противоионов создает дополнительное трение, препятствующее  движению частицы.

     Кроме того, дополнительные осложнения могут  возникнуть при расчете ζ-потенциала по данным электрофореза тогда, когда частицы дисперсной фазы имеют выраженное анизометричное строение (например, стержнеобразную форму).

     Метод макроэлектрофореза позволяет определять значения ζ-потенциалов частиц в ультрамикрогетерогенных системах. При макроэлектрофорезе определяют скорость перемещения границы раздела золь-контактная жидкость, в качестве которой используется дисперсионная среда золя, либо раствор электролита, электропроводность которого равна электропроводности золя.  

     Экспериментальная часть

    Для проведения работы необходимо:

    Установка для проведения электрофореза.

    Конические  колбы емкостью 100 и 250 мл.

    Пипетки емкостью 1 и 5 мл.

    Мерный  цилиндр емкостью 50 мл.

    Растворы: 1% и 2% FeCI₃; 1,5%-  KMnO₄; 1% Na₂S₂O₃; насыщенный  раствор серы в ацетоне; 0,1% - K₄Fe (CN)₆; 2% спиртовый раствора  канифоли. 

     Сначала по указанию преподавателя готовится  золь. Растворы золей получаем по следующим  методикам:  
 

       Методика  измерения

       Определение электрокинетического  потенциала с помощью электрофореза проводится следующим образом: прибор для изучения электрофореза представляет собой  широкую U- образную трубку, к которой припаяна снабженная краном узкая трубка с воронкой, служащая для заполнения прибора исследуемым золем (рис.2).  

         

       Рисунок 2. Схема прибора для проведения макроэлектрофореза.

       1-термостат; 2 –ячейка; 3 – платиновые  электроды; 4 – клеммы  от платиновых  электродов для  контрольного измерения; 5 – специальная  пипетка; 6 – трехходовой  кран; 7 – резиновая  пробка; 8 – солевой  мостик; 9 – пробирки  с насыщенным раствором  медного купороса; 10 – медный электрод 

       Работу  с этим прибором начинают с того, что в узкую трубку через воронку  наливают немного золя при закрытом кране. Слегка открывают кран, заполняют  просвет крана золем, следя, чтобы  в просвете не осталось, пузырьков  воздуха и чтобы золь не попал  в узкую часть U- образной трубки. Кран закрывают и наполняют узкую трубку золем, а U- образную трубку дистиллированной водой или другой боковой жидкостью.

       В электрофоретическую U- образную трубку вводят коллоидный раствор (воль). Если делать это достаточно осторожно и медленно, то в U- образной трубке получается резкая граница между золем и боковой жидкостью. В последнюю помещают электролиты, соединенные с источником постоянного тока, и наблюдают за скоростью опускания окрашенной границы в другом.

       Как только уровень окрашенного столба жидкости достигнет нулевой точки  градуировки, включают секундомер или  замечают по часам с секундной  стрелкой, за какое время окрашенная граница передвинется, например на 5 мм.

       Измерив гибкой проволокой, расстояние между  электродами (концами агаровых сифонов, погруженных в боковую жидкость), определяют среднюю величину градиента  потенциала Н (напряженность электрического поля) (В/м):

       1. ,                   

       где V- прилагаемое напряжение в вольтах

       Величину  необходимо измерить 5 – 6 раз и взять  среднее значение. l – расстояние между электродами (м).

       2. Вычисляют  электрофоретическую  подвижность по уравнению:

      

                               (5) 

    где S, (м) – сдвиг границы раздела золь – контактная жидкость за время

    τ (с).

                          

       3. Зная u_эф можно вычислить величину электрокинетического  потенциала ζ по уравнению (4), выраженную в вольтах.

       Для перевода значений вязкости воды в  систему СИ пользуются следующими

     1 пуаз = 0,1 Па·с = 0,1 (м · Н/М) ·с

     (Н₂О) – 0,01 пуаз (0,001 Па·с) 

       Результаты  записываются по следующей схеме  в таблицу: 

       

Время  τ, сек.	Расстояние  пройден- ное золем, S, м	Напря-жение V, В	Длина L, см	Градиент Потенци-ала Н, (В/м)	Электр. скорость uэф, м2/В·сек	Эл. кин. потен-циал ζ,  В

 
 

       Контрольные вопросы:

1. Каковы механизмы формирования двойного электрического слоя (ДЭС)?
2. Какое строение имеет ДЭС по современным теоретическим представлениям?
3. Объясните суть электрокинетических явлений.
4. Что такое электрокинетический потенциал? Какими методами его можно определить?
5. Напишите уравнение Гельмгольца-Смолуховского для ζ-потенциала при электрофорезе?
6. По какой измеряемой величине определяют электрофоретическую подвижность при макроэлектрофорезе?