Дзета потенциал тәуелді факторлар

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

Реферат

Коллоидты ерітінділердің электрлік қасиеттері

Орындаған:
Қабылдаған:

Қарағанды
2018-2019 оқу жылы

Жоспар:
Кіріспе
Негізгі бөлім
Гидрофобты коллоидты ерітінділердегі электрокинеткалық құбылыстар
Қос электр қабатының түзілу жолдары (ҚЭҚ)
Қосымша электр құрылысының құрылымы
Дзета потенциал тәуелді факторлар
Дзета потенциалды анықтау әдістері
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер

Гидрофобты коллоидты ерітінділердегі электрокинеткалық құбылыстар

1808 жылы Мәскеу университетінің профессоры Ф.Ф. Рейс суды электролизді зерттеу процесін зерттеп, электролиз өнімдерін бөлуге тырысты. Ол үшін ортаңғы бөлікті (электролизатордың U-тәрізді түтікшесі ұсақталған кварцты (яғни, капиллярлы кеуекті қалқаны) жасап, электродтарға тұрақты сыртқы кернеуді қолданды (1-сурет), ол судың теріс электродқа қарай жылжытылғанын анықтады. Электродтардағы потенциалды айырмашылық 100 В болғанда, құбырлардағы су деңгейінің айырмашылығы шамамен 20 см болған. Бұл құбылыс электроосмос деп аталды, себебі капиллярлы кеуекті қалқа болмаған кезде судың қозғалысы байқалмады және кварцпен байланысу оң зарядты алады.
1-сурет.Электроосмос схемасы.
Электроосмос - сыртқы электр өрісінің әсерінен тұрақты капиллярлы-кеуекті қалқа арқылы дисперсиялық ортаны беру құбылысы. Осыған сәйкес, электроосмос - бұл өздігінен жүретін процесс емес, оны іске асыру үшін электр қуаты жұмсалады.
Ары қарай, Рейс келесі тәжірибені орнатқан. Ол екі шыны түтікті дымқыл сазға салды, оларды сумен толтырды, түтікке электродтар енгізді және оларға тұрақты кернеуді жіберді. Ол судың теріс электродқа (алдыңғы тәжірибеде секілді) және саз бөлшектерін оң электродқа (оң электродпен түтікшедегі судың бұлыңғырланды, ал қалған түтіктерде мөлдір қалды) ауысқанын анықтады. Бұл құбылыс электрофорез деп аталды.
Электрофорез - сыртқы электр өрісінің әсерінен дисперсті фазалардың бөлшектерін беру құбылыстары.
Капиллярлы кеуекті қалқаның рөлні дымқыл балшық орындады. Электрофорез схемасы 2- суретте берілген. Осылайша, тұрақты электр өрісінің әсерінен тұрақты капиллярлық-кеуекті қалқаның қатысуымен дисперсиялық орта (электроосмос) және дисперсті фаза (электрофорез) қозғалады.
Қарама-қарсы үрдістерді жүзеге асыру мүмкіндігін болжау табиғи болды, яғни капиллярлық-кеуекті қалқада дисперсиялық ортаны немесе дисперсті фазаның бөлшектерін жылжытқанда потенциалдар айырмашылықтарын алу.
1859 жылы Квинке электромосмосқа қарсы ағын потенциалы деп аталатын құбылысты тапты.
Ағынның потенциалы - капиллярлы-кеуекті қалқаның екі жағында орналасқан электродтар арқылы сұйықтықты басу кезінде тіркелген потенциалды айырмашылықтың пайда болуы.
Квинке түрлі кеуекті материалдардан (саз, ағаш, құм, графит және т.б.) судың және судың ерітінділеріндегі ағынның ықтимал айырмашылықтарын байқады. Бұл құбылыс тірі ағзаларға да тән. Мысалы, артерияларда қан ағып кеткенде, ағымдардың шағын потенциалы бар (~ 0,001 ~ 0,002 В), оның биологиялық маңызы бар. Электрокардиограммаларда байқалған толқындардың бірі осы потенциалға байланысты.
2-сурет. Электофорез схемасы.
1878 жылы Дорн седиментация (тұну) потенциалы деп аталатын кері электрофорез феноменін анықтады. Тұну потенциалы - дисперсті фазалардың бөлшектерінің тұндыруы болатын ыдыста әр түрлі биіктікте орналасқан электродтардағы потенциалдардың пайда болуы құбылысы.
Осылайша, потенциал айырмашылығы бөлшектердің қозғалысынан туындайды. Ағынның потенциалы және тұну потенциалы 3 және 4-сурететерде схема түрінде көрсетілген.
4-сурет. Тұну потенциалы пайда болу схемасы.
4-сурет. Тұну потенциалы пайда болу схемасы.
3-сурет. Ағын потенциалы пайда болу схемасы.
3-сурет. Ағын потенциалы пайда болу схемасы.

Қарастырылған құбылыстар - электроосмос, электрофорез, ағын потенциалы және тұну потенциалы - электр өрісі мен жылдамдық өрісіне (кинетикалық өріс) байланысты электрокинетикалық құбылыстар деп аталады.
Бұл құбылыстар кеңінен қолданылады: электросмос - шымтезекті, ағашты, т.б. кептіруді жеделдету, теріні былғарыдану, тұздардың дисперсиялық ортасын, сондай-ақ су, түрлі композициялармен, электрохимиялық құрылғылардағы және т.б. сіңдіру материалдарын тазалау; электрофорез - сазды суспензиядан таза кaолин алу үшін, күрделі конфигурациялар бетіндегі жабындарды қолдану, мысалы адам ағзасына дәріні енгізу әдісі ретінде медицинада қолдану үшін және т.б.
Ағынның потенциалы мен тұну потенциалын сұйықтар тасымалданатын салаларда (технологиялық ерітінділерді, сұйық отын беру), фазалық бөлу кезінде суспензия мен эмульсияларды тұндыру және т.б. Құбырлар мен аппараттардың ұштарында ұшқындардың шығуы мен өрттердің пайда болуына себеп болатын жоғары потенциалды айырмашылықтар орын алуы мүмкін.
Электрокинетикалық құбылыстардың себебі қатты бөлшектердің және сұйық дисперсия ортасының зарядтарының қарсы белгілерінде жатқандығы айқын. Қазіргі заманғы тұрғыдан қатты фазаның бетінде қос электр қабаты бар (ҚЭҚ).

Қос электр қабатының түзілу жолдары (ҚЭҚ)

ҚЭҚ қалыптастырудың екі негізгі жолы бар: дисперстік ортадан иондардың қатты бөлшектерінің беті бойынша таңдамалы адсорбциясы және қатты бөлшектердің беттік молекулаларының иондалуы.
Оларды толығырақ қарастырайық.
1. Таңдамалы адсорбция. Екі ықтимал жағдай бар.
а) дисперсті фаза бөлшектерінің кристалдық торын толтыруға қабілетті иондардың таңдаулы адсорбциясы.
Панет-Фаянс ережесіне сәйкес, қатты бөлшектердің бетінде тек кристалды торды толтыруға қабілетті немесе онымен изоморфты болатын иондар сіңіріледі.
Күміс хлоридті қатты заттар калий хлоридінің су ерітіндісінде шашырап тұрсын делік.
Бұл жағдайда Cl- иондар бетіне сіңіріледі, өйткені олар кристалды тордың бөлігі болып табылады және бөлшектерге теріс заряд береді, ал сұйықтық ортаға ұштасатын оң зарядқа ие болады, яғни, ҚЭҚ пайда болады. Қатты бөлшектерге заряд беретін иондар потенциалды анықтайтын, керісінше зарядталған - қарсы иондар деп аталады.

ҚЭҚ

б) кристалдық торды аяқтамаған таңдаулы адсорбция. Бұл жағдайда адсорбциялық сыйымдылығы бар ерітіндіде H+ немесе OH- иондары бар болғанда орын алады. Мысалы, ҚЭҚ шекарасында пайда болған: парафинді балауыз бөлшектері - сілтімен судың ерітіндісі. ҚЭҚ иондардың таңдаулы адсорбциясының нәтижесінде пайда болады.

ҚЭҚ

2. Қатты бөлшектердің беттік молекулаларының иондалуы. Мұнда да екі ықтимал жағдай бар:
а) Металл гидро коллоидтық ерітінді жағдайында, металл катиондары ерітіндіге өтеді, қатты бет теріс зарядталады, ал дисперсиялық орта оң болады (электродтық потенциал орын алған жағдайда болады). Мысалы:

ҚЭҚ
ҚЭҚ

б) Кейбір оксидтер, қышқылдар, белоктар және т.б. жағдайда бір зарядтың иондары қатты бетіндегі дисперсия ортасына өтеді, керісінше зарядты иондар қатты бөлшектерде қалады және потенциалды анықтаушы болып табылады.
Мысалы: кремний диоксид гидро коллоид ерітіндісі. Сыртқы молекулалар кремний қышқылын қалыптастыру үшін сумен әрекеттеседі, ол дисперстік ортаға иондарды беріп, ыдырайды.

Бұл жағдайда қатты бөлшектер теріс зарядталады, ал ортасы оң болады. Сондықтан, су ұсақталған кварцпен жанасқан кезде, орта оң зарядталады және теріс электродқа ауысады.
Осындай бейне суды ерітіндіге қойылған кезде байқалады, себебі силикаттар шыны негізін құрайды.

Қосымша электр құрылысының құрылымы

ҚЭҚ құрылымының бірнеше теориясы бар, ең маңыздылары:

Гельмгольц-Перрин теориясы (1879);
Гуи-Чэпмен теориясы (1910-1913);
Штерн теориясы (1924).

Осы теориялардың арасындағы айырмашылық, негізінен, қарама-қарсы қабат құрылымының басқаша түсіндірілуіне байланысты. Бұл теорияларды қарастырмай тұрып, қазіргі идеяларды келтіреміз:
1. ҚЭҚ қатты бөлшектердің бетінде орналасқан ықтимал-айқындаушы иондармен және қатты бөлшектердің бетіне жақын дисперсиялық ортада орналасқан қарсы иондардың баламалы мөлшерімен құрылады.
2. Потенциалды анықтау иондары қатты бөлшектердің хемосорбционды күштермен тығыз байланысты және оның бетіне біркелкі бөлінеді.
3. Дисперсиялық орта диэлектрлік тұрақты және тұтқырлығы бар үздіксіз (құрылымсыз) орта ретінде қарастырылады.
4. ҚЭҚ жалпақ параллельді деп саналады. Бұл болжам қолайлы, өйткені ҚЭҚ қалыңдығы қатты бөлшектер бетінің қисықтық радиусынан әлдеқайда аз (демек, радиусы шамамен 6000 км жер тегіс болып көрінеді, ал адамның көзі көретін арақашықтық әлдеқайда аз).
5. Қарсы иондардың соңғы өлшемдері бар, демек, бір иондық радиустың қашықтығына қарағанда, қатты бетке жақындай алмайды.
6. Қатты қабаттың заряды толтырылған қарсы иондардың қабаты күрделі құрылымға ие және екі бөліктен тұрады: тығыз қабат (адсорбция қабаты немесе Гельмгольца қабаты) және диффузды қабат (Гун қабаты).
7. Қарсы иондардың адсорбциялық қабаты қатты бөлшектердің зарядталған бетіне іргелес және гидратизацияланған қарсы ионның диаметрінің қалыңдығына ие. Бұл кеңістіктегі қарсы конструкцияларды адсорбциялық қарсы иондар деп атайды. Олар зарядталған қатты бөлшектермен күштің екі түрімен - адсорбция және электростатикалық байланыстармен байланысты. Бұл байланыс соншалықты күшті, тіпті адсорбция қабатының қарсы иондар конструкциясы қатты бөлшектермен қозғалады, одан бөлінбейді, онымен біртұтас кинетикалық бүтіндік - коллоидтық бөлшектер. Адсорбция қабатының қарсы иондары қабатта біркелкі бөлінеді, сондықтан әлеуетті құлдырау сызықты және бірдей болады.
8. Диффузиялық қабат қалыңдығымен ерекшеленеді, ол зарядталған бетінен d қашықтықта, бірақ алыс қашықтықта орналасқан қарсы иондармен құрылады. Бұл қарама-қарсы бөлшектер бөлшектерге тек электростатикалық күштер арқылы тартылады, демек, адсорбция қабатындағы қарсы иондар конструкцияларына қарағанда қатаңырақ. Қатты бөлшектер қозғалса, олар одан қашады. Диффузиялық қабаттың қарама-қайшылығы бүкіл жүйеде біркелкі таратуға ұмтылатын жылулық қозғалысқа қатты әсер етеді. Оның әрекеті әлдеқайда күшті болған сайын, қарсы иондар зарядталған бетінен алшақырақ болады. Бұл диффузиялық қабатта динамикалық тепе-теңдікті орнатуға әкеледі. Диффузиялық қабаттағы қарсы иондар біркелкі бөлінбегендіктен, онда потенциалды құлдырау біркелкі болмайды - кейбір қисық сызық тәуелділігіне байланысты.
ҚЭҚ-ң жалпы потенциалы төмендеуі термодинамикалық потенциал деп аталады:

Осылайша, ҚЭҚ қатты бетінің жалпы заряды толығымен қарсы иондардың зарядымен толығымен өтеледі және ҚЭҚ мен дисперсия ортасының шекарасында потенциал нөлге тең.
ҚЭҚ құрылым схемасы 5-суретте берілген.
5-сурет. ҚЭҚ құрылымы

Электро-бейтарап коллоидтық бөлшектер мицелла деп аталады. Лиофобты коллоидты ерітінді AgCl мицелласының құрылымы формула ретінде ұсынылуы мүмкін:

мұнда, n - дисперсті бөлшектерді құрайтын молекулалардың саны; m - потенциалды айқындаушы иондардың саны; (м-х) - бұл адсорбция қабатының қарсы иондарының саны; x - диффузды қабаттың қарсы иондарының саны.
Бөлшектер қозғалса, ҚЭҚ бұзылады. Қатты және сұйық фазалардың ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.