welcome (1157012), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Ионы противоположногознака, концентрирующиеся в растворе вблизи поверхности твердой фазы икомпенсирующие ее заряд, называются противоионами. Раствор вблизиповерхности обеднен ионами того же знака, что и потенциалопределяющиеионы. Такие ионы называются коионами.Пространственное разделение зарядов вблизи твёрдой поверхностиобусловливает ряд явлений, получивших название электрокинетическихявлений. К ним относятся: электроосмос – перенос дисперсионной среды черезпористую диафрагму, электрофорез – движение частиц дисперсной фазы вдисперсионной среде.
Эти процессы возникают в дисперсных системах подвлияниемвнешнегоэлектрическогополя.Обратные,попричинно-следственной связи явления: токи и потенциалы течения возникают прифильтрации воды через пористую диафрагму под действием внешнего давления(явление обратное электроосмосу) и потенциал оседания или седиментации,наблюдающийся при оседании частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде(явление, обратное электрофорезу). Основной характеристикой перечисленныхявлений служит электрокинетический потенциал (или ζ– потенциал).Теория строения ДЭС позволяет связать скорость взаимного смещенияфаз и величину, возникающих при этом потенциалов или токов с ζ–потенциалом.Отличие ζ– потенциала от потенциала твердой поверхности ϕ0обусловлено существованием неподвижного, с повышенной вязкостью слоя79дисперсионной среды (толщиной Δ > d – заштрихованная область на рис. 8.1),связанного с твердой поверхностью силами адгезии.
Экспериментальноопределённая разность потенциалов между границей этого неподвижного слоя(границей скольжения) и объемом раствора называется электрокинетическим(или ζ–) потенциалом (рис. 8.1). Величина ζ– потенциала является одной изважнейших характеристик ДЭС.Рис. 8.1. Модель Штерна строения ДЭС и падение потенциала с расстоянием оттвердой поверхности.При электрофорезе скорость движения частиц дисперсной фазы v0описывается уравнением (8.2).v0 =εε 0ζ Eη(8.2)Е – напряженность внешнего электрического поля, ε – относительнаядиэлектрическая постоянная среды (для воды = 80,1 при 200С); ε0 – абсолютнаядиэлектрическая проницаемость вакуума, равная 8,85.10–12 Ф/м; η – вязкостьдисперсионной среды (для воды примерно 10–3 Па. с).Экспериментально измерив, скорость движения частиц можно рассчитатьэлектрокинетический потенциал по уравнению80ζ=ηv0η=u,εε 0 E εε 0(8.3)где u=v0/E называется электрофоретической подвижности.Лабораторная работа 8.
Исследование электрофореза гидрозолей.Цель работы: изучение влияния электролитов на знак заряда частицгидрозолей;определениеэлектрокинетическогопотенциаламетодомэлектрофореза.Порядок выполнения работы.Определение знака заряда частиц гидрозолей.1. Готовят два золя AgI из 0,01 Н водных растворов AgNO3 и KI:а) в чашку Петри наливают 10 мл раствора AgNO3 (С=0,01 Н) и приперемешивании прибавляют по каплям из бюретки 9 мл раствора KI (С=0,01Н);б) в чашку Петри наливают 10 мл раствора KI (С=0,01 Н); и приперемешивании прибавляют по каплям из бюретки 9 мл раствора AgNO3(С=0,01 Н).2.
Знак заряда частиц золя определяют, помещая в чашку Петриметаллические электроды и пропуская постоянный ток. У электрода, имеющегознак, обратный знаку заряда коллоидных частиц, наблюдается помутнение золя,вызванное концентрированием коллоидных частиц и их коагуляцией.Определение электрокинетического потенциала частиц гидрозоляметодом электрофорезаИзмерения проводят на приборе Рабиновича–Фодиман (рис.
8.2).81Рис. 8.2. Схема прибора для электрофореза золя.1. Прибор тщательно и многократно промывают дистиллированнойводой.2. Исследуемый золь (по указанию преподавателя) наливают в прибортак, чтобы он заполнил без воздушных пузырей нижнюю часть прибора и обакрана (см. рис. 8.2). Затем краны закрывают, избыток золя выливают и хорошоотмывают прибор дистиллированной водой от следов золя.3. Прибор заполняют боковой жидкостью так, чтобы был заполненверхний кран, и закрепляют прибор в штативе. В качестве боковой жидкостииспользуют 0,01 Н водный раствор KCl, с удельной электропроводностьюблизкой к электропроводности золя.4.
В нижнюю часть боковых трубок прибора (рис. 8.2) пипеткой с82длинным оттянутым кончиком очень медленно и осторожно, чтобы не вызватьперемешивание жидкостей, вводят небольшое количество 10% раствора CuSO4так, чтобы уровень его доходил до нижних делений миллиметровой шкалы набоковой трубке (см. рис. 8.2). При этом граница раздела между растворомCuSO4 и боковой жидкостью должна быть резкой.5.
В раствор CuSO4 опускают медные электроды и на короткое времяоткрывают верхний соединительный кран, чтобы выровнять уровни жидкости вобоих коленах прибора.6. Определяют расстояние L между границами раствора сернокислоймеди в правой и левой боковых трубках (по всей длине прибора, см. рис. 8.2).Расстояние между двумя верхними нулевыми делениями, нанесенными набоковых трубках, составляет l = 48,5см. Чтобы получить всю длину L,необходимо по миллиметровой шкале измерить расстояние на обеих боковыхтрубках от верхнего нулевого деления до границы раствора сернокислой медиl1 и l2 и прибавить к длине l, то есть L=l+l1+l2.7.
Медленно открывают оба нижних крана прибора, электродыподключают к источнику постоянного тока с напряжением 200–220 В изаписывают показания вольтметра. Наблюдают за перемещением границ золя.Когда уровень золя в одном колене дойдет до нулевого деления шкалы,включают секундомер.8. Записывают время t, за которое граница золя проходит каждые 5 ммшкалы.
Проводят не менее 5 измерений. Во время опыта необходимофиксировать по вольтметру значение напряжения.9. Результаты записывают в таблицу по следующей форме:Время Расстояние, t, c НапряНапряжен‐пройденное жение ность Е, В/м золем Электрофорети‐Электрокинети‐ческая ческий потенциал подвижность u, ζ, В V, В Δl, м м2/(с∙В) 83 10. После окончания электрофореза выливают боковую жидкость и золь,споласкивают прибор дистиллированной водой.Обработка полученных результатов1.
Объяснить строение мицелл гидрозолей AgI.2. Вычислить и занести в таблицу следующие величины: напряженностьполя (градиент потенциала) Е =VΔl; электрофоретическую подвижность u = ,LtEвеличину электрокинетического потенциала, рассчитанную по формуле (8.3).ЧАСТЬ III. УСТОЙЧИВОСТЬ И СТРУКТУРНОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ.Теоретические введения написаны: ст.научн.сотр. Н.М. Задымовой - раздел 9;доц. Е.А. Амелиной – разделы 10 и 11; проф.
З.Н. Скворцовой – раздел 12;проф. В.Г. Куличихиным - раздел 13.В постановке практических работ принимали участие: доц. Е.А. Амелина,ст. научн. сотр. Н.М. Задымова, доц. Н.И. Иванова, доц. Л.И. Лопатина. доц.О.А. Соболева,научн.сотр.А.М. Парфёнова,проф.А.В. Перцов,вед.научн.сотр. П.В.
Проценко.Под общей редакцией Н.И. Ивановой.РАЗДЕЛ 9.ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИ УСТОЙЧИВЫЕ ДИСПЕРСНЫЕ СИСТЕМЫ.Термодинамически устойчивые дисперсные системы (ДС) образуютсясамопроизвольно при условии ∆Gобр.<0, когда удельная свободная межфазнаяэнергия не превышает сотых долей мДж/м2. Типичными примерами такихсистем являются мицеллярные растворы ПАВ, микроэмульсии и критическиеэмульсии.Мицеллярные растворы ПАВ содержат наряду с индивидуальнымимолекулами (или ионами) агрегаты коллоидного размера, состоящие из84достаточно большого количества молекул (ионов), которые называютсямицеллами.
В зависимости от природы растворителя и ПАВ мицеллы могутбыть прямыми и обратными. В полярных растворителях (обычно в воде)самоорганизация молекул ПАВ приводит к образованию прямых мицелл, а внеполярных растворителях – обратных (обращенных) мицелл. Прямая мицелласостоит из гидрофобного ядра, образованного углеводородными цепямимолекул (ионов) ПАВ и экранированного от растворителя полярными группамидифильных веществ. В обращенной мицелле, наоборот, полярные группыформируют ядро, а углеводородные цепи молекул ПАВ находятся внеполярной фазеС увеличением концентрации ПАВ в водном растворе при критическойконцентрации мицеллообразования (ККМ) возникают прямые мицеллы,содержащие от нескольких десятков до нескольких сотен молекул (или ионов).Способностью к мицеллообразованию, в подавляющем большинстве случаев,обладают ПАВ, содержащие от 8 до 18 атомов углерода в углеводородной цепи(R).МолекулынеионогенныхмицеллообразующихПАВ(НПАВ)недиссоциируют в воде, в качестве полярных групп содержат оксиэтилированныегруппы, число (k) которых варьируется от нескольких единиц до сотен.
КНПАВ относятся оксиэтилированные первичные спирты R(OCH2CH2)kOH,оксиэтилированные амины R(OCH2CH2)kNH2, оксиэтилированные алкилфенолыRС6H4O(CH2CH2O)kH,оксиэтилированныеэфирыжирныхкислотRСOO(CH2CH2O)kH и т.д. В качестве мицеллообразующих анионактивныхПАВ могут выступать, например, соли карбоновых кислот RCOO–X+,алкиларилсульфонатыRС6H4SO3–X+,алкилсульфатыROSO3–X+,алкилсульфонаты RSO3–X+ и т. п.
(где Х+ – Na+, K+, NH4+). К ПАВ катионноготипа относятся соли первичных, вторичных и третичных алифатических илиароматических аминов, соли четветричных аммониевых оснований, а такжесоли пиридиниевых оснований. При этом в качестве аниона обычно выступаютCl– и Br–.85Когда концентрация ПАВ в растворе (с) меньше ККМ, вещество находится вмономерной форме. При с > ККМ образуются мицеллы, дальнейшееувеличение концентрации приводит к росту концентрации агрегированноговещества (cmic), тогда как концентрация неассоциированной формы (с1) остаетсяпрактически постоянной и равной ККМ.Изменение стандартной свободной энергии Гиббса мицеллообразования(ΔG°) в расчете на 1 моль ПАВ, находящегося в мицеллярной формевыражается следующим соотношением:⎛ ККМ c ⎞⎟,⎝ k0 ⎠ΔG 0 = RT ln ККМ = RT ln ⎜гдеККМи–KKMcсоответственно(9.1)критическаяконцентрациямицеллообразования, выраженная в мольных долях и в моль/л; k0 –коэффициент пересчета от мольных долей к молярной концентрации ПАВ.Поскольку концентрация ПАВ в растворе пренебрежимо мала по сравнению сконцентрацией растворителя, коэффициент k0 можно считать равным молярнойконцентрации.В случае ионогенных ПАВ (например, для 1–1 валентного поверхностно–активногоэлектролита)мицелласчисломагрегацииnокруженаnпротивоионами, из которых m связано с нею (и составляет «кинетическую»мицеллу), а (n–m) находится в тепловом движении в диффузной части двойногоэлектрического слоя (ДЭС).⎛ ККМ cΔG 0 ≅ RT (1 + β ) ln ⎜⎝ k0⎞⎛ ККМ c ⎞⎟ ≅ RT ( 2 − α ) ln ⎜⎟,⎠⎝ k0 ⎠(9.2)где α = (n-m)/n – степень ионизации мицеллы, равная доле «свободных»противоионов; β = m/n - степень связывания противоионов, равная долепротивоионов, связанных с мицеллой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
