Презентация на тему ПЯ и ДС(Лекция v)

на поверхности частиц.
Строение двойного электрического слоя (ДЭС).
Модель ДЭС по

Гельгольцу-Перрену.
Модель диффузной части ДЭС Гуи и Чепмена.
Внутренняя часть ДЭС. Модель Штерна.
Адсорбционный и электрокинетический потенциалы.
Влияние индифферентных и неиндифферентных электролитов на ДЭС.
Уравнение Гельмгольца – Смолуховского.
Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потенциалы
течения и седиментации.
Изоэлектрическая точка материалов.

Кафедра коллоидной химии МИТХТ им. М.В. Ломоносова

поверхностных групп (коллоидальный кремнезем)
Окислительно-восстановительные и проч. реакции на поверхности

(например, под действием искрового разряда и кислорода)
Избирательная адсорбция ионов
Выход ионов и электронов (металлы, полупроводники)

Кафедра коллоидной химии

ионов, образующихся на поверхности частиц в силу разных причин.
Ионы,

непосредственно связанные с поверхностью и придающие ей заряд, называют потенциалопределяющими. Ионы противоположного знака связаны с поверхностью электростатически; их называют противоионами.
Возникновение ДЭС на поверхности частиц является проявлением стремления системы уменьшить свою поверхностную энергию за счет адсорбции ионов на поверхности.
Эта адсорбция носит избирательный характер.

образования двойного электрического слоя:
Избирательная адсорбция ионов. Поверхность адсорбирует ион

более близкий по природе или хорошо сорбирующийся органический ион.
Диссоциация поверхностных групп (пример: SiO2).
Ионизация поверхности. Металл теряет электроны и заряжается положительно.
Образование двойного электрического слоя в результате поляризации (например, механохимической обработки или адсорбции на поверхности полярных молекул).

Кафедра коллоидной химии МИТХТ им. М.В. Ломоносова

границе скольжения, образуемый свободными противоионами.

Термодинамический потенциал Ψ0 – полный

скачок потенциала между твердой фазой и раствором. Он соответствует работе перемещения г.-экв-та ионов из объема раствора на поверхность.

слой представляется как бы плоским конденсатором, одна обкладка которого

связана непосредственно с поверхностью твердого тела (стенкой), а другая обкладка, несущая противоположный заряд, находится в жидкости на очень малом расстоянии от первой. Потенциал в таком двойном слое должен падать линейно с расстоянием.

По Гуи-Чэпмену, противоионы не могут быть сосредоточены только у поверхности и образовывать монослой, а рассеяны в жидкой фазе на некотором расстоянии от границы раздела.
Такая структура ДЭС определяется, с одной стороны, электрическим полем у твердой фазы, стремящимся притянуть эквивалентное количество противоионов, а с другой − тепловым движением ионов, вследствие которого противоионы стремятся рассеяться во всем объеме жидкой фазы.

−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−

−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−
−

Поверхностный потенциал, характеризуемый величиной ξ-потенциала, при полной нейтрализации заряда будет равен нулю (изоэлектрическое состояние).

двойного электрического слоя. Разрабатывая данную теорию, Штерн исходил из

двух предпосылок. Во-первых, он принял, что ионы имеют конечные, вполне определённые размеры и, следовательно, центры ионов не могут находится у поверхности твёрдой фазы ближе, чем на расстояние ионного радиуса.
Во-вторых, Штерн учёл специфическое, (неэлектрическое) взаимодействие ионов с поверхностью твёрдой фазы. Это взаимодействие обусловлено наличием на некотором малом расстоянии от поверхности поля молекулярных (адсорбционных) сил.
Двойной электрический слой, по Штерну, при этом приближается к слою Гельмгольца, а дзета-потенциал уменьшается, постепенно приближаясь к нулю. При разбавлении системы, наоборот, диффузный слой расширяется, и дзета-потенциал растает.
В плотную часть ДЭС входят специфически адсорбирующиеся ионы; при этом их электрич. центры образуют так называемой внутр. плоскость Гельмголъца х1. По сути он объединил схемы Гельмгольца-Перрена и Гуи-Чэпмена.

Схема распределения потенциала в двойном электрическом слое:
1 - при |q1| < |q|;
2 - при |q1| > |q|.
q – заряд поверхности.

одновременно электростатические силы, силы молекулярного взаимодействия (адсорбционные) и силы,

обуславливающие тепловое движение. В результате прямо противоположного влияния этих сил лишь часть ионов остается непосредственно вблизи поверхности частицы (плотная часть ДЭС или слой Гельмгольца), а остальные распределяются диффузно в растворе на некотором расстоянии от поверхности частицы или электрода (диффузная часть ДЭС или слой Гуи). Степень диффузности (толщина ДЭС) увеличивается с ростом температуры, а также при уменьшении концентрации раствора электролита и при уменьшении заряда поверхности частицы.
Понижение температуры, введение в систему индифферентного электролита (специфически не взаимодействующего с поверхностью) и увеличение заряда его ионов ведут к уменьшению электрокинетического потенциала.
Этот потенциал будет снижаться и с уменьшением диэлектрической проницаемости среды (например, при добавлении в водный раствор спиртов, эфиров и других органических веществ).
Строение ДЭС оказывает большое влияние на электрические свойства межфазных границ, а также протекающие на них процессы — прежде всего, на электрокинетические явления, на устойчивость коллоидных систем , на механизм и кинетику электрохимических реакций и т.д.

Кафедра коллоидной химии МИТХТ им. М.В. Ломоносова

будущее»
 
Из христианской проповеди

«Поступай, как должно. Да будь что будет,

и да поможет мне Бог!»
 
Рыцарский девиз

Шедевризмы

дисперсной фазы в дисперсионной среде при наложении внешней разности

потенциалов.
Это понятие также распространяется на движение заряженных макромолекул.

Это движение можно связать с эл.-кинетическим потенциалом и другими свойствами коллоидной системы. Сила Fе, которая заставляет двигаться частицу, имеющую заряд q, в эл. поле Е
Fе = q E
Этой силе препятствует сила трения (вязкостного сопротивления) среды Ff , которая равна:
Ff = f v ,
где f – к-т трения, v – скорость. При стационарном движении эти силы равны:
q E = f v
Отсюда электрофоретическая подвижность μ определяется как
μ = v/E = q/f.

= q/f справедливо лишь в случае слабо заряженных частиц

в непроводящих ток средах. На самом деле, многозарядные частицы и макромолекулы окружены диффузным облаком противоионов, и эффективный эл. заряд частицы зависит от приложенной ЭДС.
В действительности, эл.-форетическая подвижность зависит и от свойств частицы (размера, плотности поверхностного заряда и др.), и от свойств дисперсионной среды (таких как ионная сила, рН, вязкость и диэлектирическая проницаемость ).
Для свободнодисперсной системы с достаточно высоким значением ионной силы выражение для μ приближенно описывается уравнением Смолуховского:
μ = ε ε0ξ/ή.
Здесь ε и ε0 – соответственно, диэлектрические постоянные жидкости и вакуума;
ξ – дзета-потенциал частицы; ή – вязкость дисперсионной среды.
В целом, сила электрофоретического торможения f зависит от радиуса и формы частиц, а также радиуса ионной атмосферы (т. наз. дебаевского коэффициента).

Кафедра коллоидной химии МИТХТ им. М.В. Ломоносова

теле при наложении внешнего эл. поля (электроосмос) удобно изучать

с помощью прибора, схематически показанному на рисунке слева.

Электроосмос используют для удаления избыточной влаги из почв при прокладке транспортных магистралей и гидротехническом строительстве, для осушки торфа, а также для очистки воды, технических жидкостей и др.
Явление электроосмоса используется в физиологических экспериментах для введения веществ через микроэлектрод внутрь отдельной клетки

− антистатики
Алифатические катионные ПАВ в одним углеводородным хвостом

являются хорошими антистатиками, используются в кондиционерах –мягчителях белья, в косметике для волос.
Примеры:
цетилтриметиламмоний хлорид С16Н33N+(CH3)3Cl- , дицетилдиметиламмоний хлорид (С16Н33)2N+(CH3)2Cl-.

точка – значение рН, при котором частица или амфотерная

(макро)молекула электронейтральна.
Для аминокислот типа 1:1

Кафедра коллоидной химии МИТХТ им. М.В. Ломоносова

in water (pH25°C ):
Note: The list is ordered by

increasing pH values.
Vanadium (V) oxide (vanadia) V2O5: 1-2[5] (3[4])
Silicon dioxide (silica) SiO2: 1.7-3.5[4]
Silicon carbide (alpha) SiC: 2-3.5[6]
Tin (IV) oxide SnO2: 4-5.5 (7.3[7])
Zirconium (IV) oxide (zirconia) ZrO2: 4-11[4]
Manganese (IV) oxide MnO2: 4-5
Titanium (IV) oxide (titania) (rutile or anatase) TiO2: 3.9-8.2[4]
Iron (II, III) oxide (magnetite) Fe3O4: 6.5-6.8[4]
Cerium (IV) oxide (ceria) CeO2: 6.7-8.6[4]
Сhromium (III) oxide (chromia) Cr2O3: 7[5] (6.2-8.1[4])
Aluminium oxide (gamma alumina) Al2O3: 7-8
Thallium (I) oxide Tl2O: 8[8]
Alpha iron (III) oxide (hematite) Fe2O3: 8.4-8.5[4]
Aluminium oxide (alpha alumina, corundum) Al2O3: 8-9
Yttrium (III) oxide (yttria) Y2O3: 7.15-8.95[4]
Copper (II) oxide CuO: 9.5[7]
Zinc oxide ZnO: 8.7-10.3[4]
Lanthanum (III) oxide La2O3: 10
Nickel (II) oxide NiO: 10-11[7] (9.9-11.3[4])
Lead (II) oxide PbO: 10.7-11.6[4]

Источник:
Wikipedia

- М.: МИТХТ, 2004.
Б.Д. Сумм, Основы коллоидной химии, -

М.: Изд-во "Академия", 2006.
Ю.Г. Фролов, Курс коллоидной химии: Поверхностные явления и дисперсные системы, 3-е изд. - М.: Альянс, 2009.

Кафедра коллоидной химии МИТХТ им. М.В. Ломоносова