ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 130
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Электрокинетические явления
К электрокинетическим явлениям относят процессы, связанные с относитель-ным движением фаз под действием электрического поля и возникновением разности потенциалов при смещении фаз. Они обусловлены взаимосвязью между электрическими и кинетическими свойствами дисперсных систем, т.е. наличием двойного электрического слоя на границе твердой и жидкой фаз.
Электрокинетические явления, которые возникают под действием внешнего электрического поля называют прямыми или явлениями I рода. К ним относят электрофорез и электроосмос. Эти явления были открыты в 1808 г. Ф.Ф.Рейсом.
| Он погрузил две стеклянные трубки во влажную глину, поместил в них электроды и заполнил водой. При пропускании электри-ческого тока обнаружил движение частиц глины к положительному электроду. Это явление было названо электрофорезом. При пропускании электрического тока наблю-далось поднятие уровня воды в одном, и снижение в другом колене. После выключе-ния тока уровни выровнялись. Это явление перемещения дисперсионной среды относи-тельно неподвижной дисперсной фазы в постоянном электрическом поле было названо электроосмосом. |  |
Позже было обнаружено возникновение разности потенциалов при пропуска-нии через пористую диафрагму жидкости под давлением. Это явление Квинке назвал потенциалом протекания.
 Дорн обнаружил, что при оседании частиц под действием силы тяжести возникает разность потенциалов между уровнями разной высоты в сосуде. Это явление было названо потенциалом седиментации (или оседания). Потенциалы протекания и оседания относят к явлениям |  |
II рода или обратным явлениям. Потенциал протекания обратен электрофорезу, а потенциал седиментации – электроосмосу.
Электрофорез. Из всех электрокинетических явлений широкое применение нашло электрофорез. При электрофорезе происходит направленное перемещение частиц дисперсной фазы и противоионов диффузного слоя к противоположным электродам вследствие разрыва двойного электрического слоя. Скорость движения частиц (гранулы) зависит от величины дзета-потенциала. Эту зависимость выра-жают через уравнение Гельмгольца-Смолуховского:
, где - вязкость среды; 0= 8,85.1012 ф/м – абсолютная диэлектрическая прони-цаемость вакуума; - относительная диэлектрическая проницаемость среды (для воды – 81); - линейная скорость движения частиц, м2/с; Е – напряженность поля (градиент потенциалов), В.
 | Однако линейная скорость зависит от напряженности поля и поэтому для характеристики частиц вво-дится понятие «электрофорети-ческая подвижность». Она равна скорости движения частиц при градиенте потенциалов, равном одной единице (Е = 1 В):  , м2/В.с. |
Где l – расстояние между электродами, м; s– перемещение границы золя, м; V – прилагаемое напряжение, в; - время, с.
Тогда дзета-потенциал определяется по формуле:
. Для коллоидных систем, в среднем, он составляет 1,5 – 75 мВ.Электрофорез является одним из методов изучения фракционного состава при-родных белков, характеристики биологических объектов (экзим, вирусов, формен-ных элементов крови и др.), диагностики патологий биологических жидкостей. С помощью электрофореза можно выделять из суспензий дисперсную фазу, покры-вать твердые частицы другими веществами. В фармакопеи предусмотрено уста-новление степени чистоты по электрофоретической однородности некоторых антибиотиков, витаминов. Электрофорез на бумаге, агаровом или крахмальном геле применяется как аналитический и препаративный метод разделения и выделе-ния лекарственных веществ и биологически активных соединений. В медицине электрофорез используется как метод лечения (ионофорез – метод введения лечебных препаратов в организм человека).
| Электроосмос. При электроосмосе наблюдается направленное движение жид-кости через неподвижную пористую диафрагму под действием электрического поля. Материалом мембраны может быть силикагель, глинозем, стеклянные капил-ляры, толченое стекло, кварцевый песок, нерастворимые порошки. Для наблюде-ния электроосмоса U-образный прибор заполняют водой и пропускают электри-ческий ток. |  |
Под действием электрического тока уровни жидкости в коленах прибора меняются. Направление переноса жидкости указывает на знак -потен-циала. По скорости переноса жидкости можно определить величину дзета-потен-циала:
, где - удельная электропроводность среды, I – сила тока, А; - объемная скорость течения жидкости. Соотношение /I характеризует природу мембраны. Оно выражает объем жидкости, перенесенный в единицу времени на единицу количества электричества.  | При пропускании электрического тока противоионы диффузного слоя перемещаются к противопо-ложно заряженным электродам. Так как ионы всегда сольватиро-ваны (гидратированы), то при движении иона с ним увлекается определенный объем дисперсион-ной среды. Чем больше толщина |
диффузного слоя и меньше площадь поперечного сечения капилляра (поры мембраны), тем сильнее проявляется электроосмотический перенос жидкости.
Электроосмос применяется для обезвоживания и сушки пористых материалов, концентрирования коллоидных систем. Для этой цели используют электрофильтр-прессы. Они представляют собой две горизонтально расположенные пластины, между которыми помещают вещество, подлежащее обезвоживанию. Удаление
| воды достигается наложением электрического тока между пластинами: при этом нижняя перфорированная пластина заряжается про-тивоположно заряду жидкой фазы, а верхняя – со знаком заряда водной фазы. Вследствие этого жидкость устремляется к нижнему электроду и удаляется через отверстия. |  |
Лекция № 4
Методы получения коллоидных систем
Основные условия образования лиофобных коллоидных систем
Как известно, золи по размеру частиц ДФ занимают промежуточное положение между истинными растворами и суспензиями. Поэтому они могут быть получены либо соединением (укрупнением) отдельных молекул в агрегаты, либо дисперги-рованием веществ.
В соответствии с этим, Сведберг делит методы получения на диспергационные (диспергирование) и конденсационные (конденсирование).
Основными условиями получения коллоидных систем являются:
размеры частиц вещества должны быть доведены до размеров коллоидных частиц (т.е. до 104 109 м);
нерастворимость или малая растворимость дисперсной фазы в дисперсионной среде;
наличие веществ, способных стабилизировать коллоидные частицы и замедлять их рост. Эти вещества могут быть введены в систему или образовываться в результате взаимодействия ДФ и дисперсионной среды.
Диспергационные методы получения коллоидных систем
Диспергированием называют измельчение твердых или жидких тел в инертной среде, при котором резко повышается дисперсность и образуется дисперсная сис-тема, обладающая значительной удельной межфазной поверхностью. Диспергиро-вание – не самопроизвольный процесс. Оно требует затраты энергии на преодо-ление межмолекулярных сил при дроблении вещества. Диспергирование делится на физические и химические виды.
Различают 3 способа физического диспергирования.
Размалывание в коллоидных мельницах. При простом механическом дробле-нии или растирании образуются порошки с сравнительно большими размерами зёрен (т.е. грубодисперсные системы). Для получения коллоидных систем диспергирование проводят в коллоидных мельницах (первая коллоидная мельница сконструирована Плауссоном в 1920 г.).
| Лабораторные коллоидные (шаровые) мельницы (рис.1 А) представляют собой вращающий барабан, заполненный шарами из материалов с определенной твердостью (из стали, чугуна или фарфора). При враще-нии барабана шары перекатываются и своими много-кратными ударами, раскалыванием и растиранием измельчают вещество на все более мелкие частицы. Принцип действия промышленных коллоидных мель-ниц (рис.1 Б) основан на развитии достаточно больших разрывающих (истирающих) усилий в веществе под действием центробежной силы в узком зазоре между вращающим ротором и неподвижным статором. Дроб-ление осуществляют в присутствии жидкой диспер-сионной среды и стабилизатора. |  Рис.1. Схемы шаровой и коллоидной мельниц |
Коллоидные мельницы применяются для диспергирования минеральных красок, смазочных материалов (графит), пищевых веществ, фармацевтических препаратов (сера), сорбентов для хроматографии.
Дробление ультразвуком. Под действием звука большой частоты (15000-20000 Гц/с) происходит попеременное (быстро чередующееся) расширение и сжа-тие вещества, приводящее к разрушению частиц. Этот метод применим для веществ, у которых сравнительно небольшое взаимодействие между молекулами, например, для диспергирования жидкостей. Этим методом получают органозоли, коллоидные растворы серы, графит, гипс, крахмал, желатин, каучук и др. По этому способу получаются эмульсии, используемые при парэнтеральном питании больных (ожогами пищевода, раком желудка).
| Распыление электрической дугой. Для полу-чения золей металлов (серебра, золота, платины) электроды из соответствующего металла поме-щают в растворитель и пропускают ток большой силы. При этом в электрической дуге металл испаряется и его атомы, попав в окружающий чужеродный холодный растворитель, вытесняют-ся из окружения растворителя, конденсируются (объединяются) в более крупные частицы. Этот метод можно рассматривать и как конденсационный метод. |  Рис.2. Схема прибора для получения золей металлов электрическим способом |
Химическое диспергирование (пептизация)
Перевод осадка, образовавшегося при коагуляции, в коллоидный раствор назы-вают химическим диспергированием. Термин был введён Т.Грэмом на основании чисто внешнего сходства процесса пептизации с растворением (перевариванием) белков под действием фермента желудочного сока пепсина.
Пептизация может происходить в результате промывания осадка растворите-лем или под действием специальных веществ – пептизаторов, которые представ-ляют собой сильные электролиты, образующиеся в результате химической реак-ции либо вводимые в раствор. При этом ионы пептизатора адсорбируются на по-верхности частиц рыхлого свежо образованного осадка, придают им определен-ный заряд. Благодаря этого частицы взаимно отталкиваются и наблюдается распад более крупных частиц осадка на мелкие. Таким образом происходит «химическое» раздробление вещества (см. рис. 3).