Электрические свойства дисперсных систем

Электрокинетические явления

Электрокинетические явления были открыты профессором Московского университета Ф.Ф. Рейссом в 1808 г. при исследовании электролиза воды. Он поставил два эксперимента.

В одном была использована U-образная трубка, перегороженная в нижней части диафрагмой из кварцевого песка и заполненная водой. При наложении электрического поля он обнаружил движение жидкости в сторону отрицательно заряженного электрода (рис. 9.47).

Это движение происходило до установления определенной разности уровней жидкости (20 см), быстро спадающей после выключения тока. Поскольку без диафрагмы движение жидкости отсутствовало, то последовал вывод о заряжении жидкости при контакте с частицами кварца. Явление перемещения жидкости в пористых телах под действием электрического поля получило название электроосмоса.

Рис. 9.47. Электроосмос

В 1852 г. Видеман показал, что объемная скорость электроосмоса V прямопропорциональна силе тока I, а отношение V/I не зависит от сечения S и толщины l диафрагмы.

В другом опыте Рейсс погрузил в глину две стеклянные трубки, заполнил их водой и после наложения электрического поля наблюдал перемещение частиц глины в жидкости в направлении положительно заряженного электрода (рис. 9.48).

Явление перемещения частиц дисперсной фазы в электрическом поле получило название электрофореза.

В 1859 году Квинке показал, что существует явление обратное электроосмосу, т.е. при течении жидкости через пористое тело под влиянием перепада давлений возникает разность потенциалов (рис. 9.49), пропорциональная давлению, под которым протекает жидкость.

Рис. 9.48. Электрофорез

Это явление получило название потенциала течения (или протекания). Потенциал течения не зависит от размера диафрагмы, количества жидкости, но, как и при электроосмосе, пропорционален объемной скорости фильтрации.

Количественное исследование эффекта, обратного электрофорезу, было выполнено в 1878 году Дорном. Он измерял разность потенциалов между двумя одинаковыми электродами, расположенными на разной высоте цилиндра, при оседании в воде стеклянных бус или крупинок песка (рис. 9.50). Возникающая разность потенциалов обычно очень мала.

Явление возникновения разности потенциалов при осаждении дисперсной фазы получило название потенциала седиментации или оседания (эффект Дорна). Подобный эффект наблюдался в поле центробежной силы при центрифугировании суспензий.

Рис. 9.49. Эффект Квинке

Рис. 9.50. Эффект Дорна

Все эти явления называются электрокинетическими, поскольку в них обнаруживается взаимосвязь между электрическим полем и полем скорости (кинетическим). Они могут быть сгруппированы попарно – либо по принципу причинности, либо по принципу объекта. Различают:

1) электрокинетические явления первого рода - относительное перемещение фаз под действием приложенного напряжения; к ним относятся:

а) электрофорез – движение частиц дисперсной фазы в неподвижной дисперсионной среде;

б) электроосмос – движение жидкости относительно неподвижной твердой поверхности пористых мембран;

2) электрокинетические явления второго рода - возникновение разности потенциалов вследствие вынужденного относительного движения фаз; различают:

а) потенциал оседания (эффект Дорна) – возникновение разности потенциалов при движении частиц в неподвижной жидкости;

б) потенциал протекания (эффект Квинке) – возникновение разности потенциалов при движении жидкости относительно неподвижной твердой поверхности.

На рис. 9.51 представлена схема классификации, где причинно-следственная связь обозначается стрелками, а объекты делятся на системы типа ж/т, где жидкость перемещается как целое вдоль поверхности неподвижной твердой фазы, и системы типа т/ж (а также ж/ж, г/ж) с подвижными частицами дисперсной фазы и неподвижной дисперсионной средой.

Рис. 9.51. Схема классификации электрокинетических явлений

Совершенно очевидно, что причина всех электрокинетических явлений заключена в противоположности знаков заряда твердой фазы и жидкости.

С современной точки зрения заряд на коллоидных частицах лиозолей обусловлен наличием на их поверхности двойного электрического слоя (ДЭС), имеющего диффузное строение.

⇐ Предыдущая 98 99 100 101 102103104 105 106 107 Следующая ⇒