В.Я. БАРАНОВ , В.И. ФРОЛОВ 1 страница

Кафедра физической и коллоидной химии

"ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ"

Учебное пособие

по курсу «Физическая химия» для студентов газонефтепромыслового факультета (направления 650700, 650600) и факультета химической технологии и экологии по курсу «Поверхностные явления и диспесные системы» (направления 550800, 655300, 656600, 553500)

Москва, 2002 г.

УДК 541.18 (076.5)

Баранов В.Я., Фролов В.И. Электрокинетические явления. Учебное пособие.-М.: РГУ нефти и газа, 2002.- 53 с.

Учебное пособие содержит краткие теоретические сведения о при­чинах и механизме возникновения электрокинетических явлений (электроосмос, электрофорез, потенциал протекания, потенциал седиментации), о строении мицелл лиофобных золей. Рассматриваются использование этих явлений при оценке агрегативной устойчивости лиофобных золей, в нефтяной промышленности: в поиске нефти, бурении, добыче и очистке нефтепродуктов. Даны описания работ по электроосмосу, электрофорезу и потен­циалам осаждения и протекания. Учебное пособие предназначено для студентов (направления 650700, 650600, 550800, 655300, 656600, 553500) при подготовке коллоквиума «Электрокинетические свойства и коагуляция дисперсных систем» в лабораторном практикуме по курсам «Физическая химия» и «Поверхностные явления и дисперсные системы».

Рецензент – А.С.Казанская, канд. техн. наук, доц. каф. физ. и коллоид. химии РГУ нефти и газа им.И.М.Губкина.

ã Государственный университет нефти и газа им.И.М.Губкина, 2002

1. Введение.

Изучение электрокинетических явлений (электроосмос, электрофорез, потенциал протекания, потенциал седиментации) представляет большой теорети­ческий и практический интерес. Используя электрокинетические яв­ления можно решить ряд прикладных задач в различных отраслях на­родного хозяйства. Особый интерес представляет использование этих явлений в нефтяной промышленности: в поиске нефти, бурении, добыче и очистке нефтепродуктов от нежелательных примесей.

В учебном пособии даны основные теоретические представления о при­чинах возникновения электрокинетических явлений, их механизме и о строении мицеллы лиофобного золя. Приводятся данные о влиянии различных факторов на электрокинетический потенциал (x -потенциал), о корреляции между значением x -потенциала и агрегативной устойчивостью лиофобных золей. Обсуждаются вопросы кинетики коагуляции лиофобных золей в присутствии электролитов различной природы, а также в присутствии смеси электролитов. Разбираются явления, сопровождающие коагуляцию лиофобных золей. Приводится физическая теория устойчивости и коагуляции лиофобных дисперсных систем (теория ДЛФО). Учебное пособие может быть использовано студентами при подготовке коллоквиума «Электрокинетические свойства и коагуляция дисперсных систем» в лабораторном практикуме по курсам «Физическая химия» и «Поверхностные явления и дисперсные системы».

Даны описания работ по электроосмосу, электрофорезу, потен­циалам протекания и осаждения. Для расширения представлений об электрокинетичес­ких явлениях приводятся задачи по расчету величины электрокинетического x -потенциала, используя экспериментальные данные полученные другими методами.

Перечень требований, которые студент должен знать при защите коллоквиума «Электрокинетические явления»:

1) Характеристика изучаемого электрокинетического явле­ния. Природа возникновения двойного электрического слоя и механизм явления.

2) Методы определения потенциалов. Описание характеристик мембран. Влияние природы, концентрации электролита, материала и пористости мембран на величину x -потенциала.

3) Практическое применение значений потенциалов. Возможные предложения

по их применению, в частности, в нефтяной промышленности.

В приложении учебного пособия приводятся записи формул мицелл различного происхождения, значения величин x -потенциала для различных золей, а также значение величин удельной электропровод­ности и вязкости воды и водных растворов некоторых электролитов.

2. Электрокинетические явления

В 1808 году проф. МГУ Ф.Рейсс, исследуя электролиз, провел два опыта, сыгравших в дальнейшем значительную роль при изучении свойств коллоидных систем. В первом опыте Рейсе заполнил среднюю часть U -образной стеклянной трубки кварцевым песком, залил водой и ввел металлические электроды. При пропускании постоянного тока им было замечено поднятие уровня воды в колене трубки с отри­цательным электродом. В другом опыте, где две стеклянные трубки были погружены в сырую глину и залиты водой, при пропускании тока происходил отрыв частиц глины от поверхности и перемещение их к положительному электроду.

Первое явление - перенос, несущий положительный заряд, дисперсионной среды (воды) в электрическом поле, через неподвижную дисперсную фазу (мембрану из кварцевого песка) было названо электроосмосом, а второе - перемещение отрицательно заряженных частиц дисперсной фазы в электрическом поле - электрофорезом.

Позже Квинке (1859) обнаружил, что при продавливании воды или разбавленного раствора электролита через пористую мембрану возни­кает разность потенциалов пропорциональная приложенному давлению. Это, обратное электроосмосу явление, получило наименование потен­циал протекания.

Наконец, Дорном (1878) было установлено, что при осаждении (седиментации) высокодисперсного порошка в воде возникает явление обратное электрофорезу, скачок потенциала, получивший название потенциала осаждения (седиментации),

Перечисленные явления, названные электрокинетическими явлени­ями широко изучаются и находят практическое применение.

Объяснение природы электрокинетических явлений, в частности, электроосмоса, было сделано на основании предположения о существо­вании на границе раздела фаз - двойного электрического слоя (ДЭС).

3. Двойной электрический слой

Образование заряда на границе раздела твердой фазы и раствора и сопутствующие этому электрокинетические явления связаны с нали­чием на поверхности твердой фазы ДЭС из противоположно заряженных ионов. Появление ДЭС может быть объяснено, либо ионизацией поверх­ностных молекул твердых частиц, либо избирательной адсорбцией по­верхностью частиц одного их ионов электролита, находящегося в рас­творе.

Первый путь возникновения ДЭС заключается в том, что поверх­ностные молекулы частиц дисперсной фазы диссоциируют в данной жидкой среде на ионы. Прочно связанные с частицей ионы остаются на поверхности, определяя тем самым заряд частицы, а слабо связан­ные с частицей ионы переходят в дисперсионную среду; при этом часть их них, под действием электростатических сил, притягивается к по­верхности частицы, образуя ДЭС. Таким образом, например, возникает ДВС в золе мета-кремневой кислоты (Н₂SiO₃). На поверхности частиц твердой фазы молекулы Н₂SiO₃ диссоцируют по схеме:

Н₂SiO₃ Û 2 Н⁺ + SiO₃ ^2-

Ионы SiO₃ ^2-, как более прочно связанные, остаются на поверхности, а ионы Н⁺ переходят в жидкую фазу, образуя ДЭС. Другим примером образования ДЭС за счет иони­зации поверхностных молекул является поведение глины в воде. В по­верхностных молекулах глинистых частиц, находящихся в воде, ослаб­ляется связь между алюмосиликатным ядром и катионами. В результате последующей диссоциации образуется ДЭС, в котором происходит ряд обменных реакций. Непосредственно на поверхности глинистых частиц концентрируются ионы ОН^-, заряжающие частицу отрицательно, а по­ложительно заряженные ионы водорода, притягиваясь к поверхности, образуют ДЭС.

Второй путь возникновения ДЭС связан с адсорбцией на поверх­ности частиц твердой фазы ионов из раствора. При этом лучше адсор­бируются ионы одинаковые или изоморфные с ионами, входящими в час­тицу твердой фазы (правило Пескова—Панета-Фаянса). Таким образом, частица оказывается заряженной и к ней притягиваются ионы противоположного знака - образуется ДЭС ионов. В качестве примера разберем реакцию двойного обмена:

AgNO₃ + KI Û AgI + КNO₃

Если взять исходные вещества в эквивалентных количествах, то в результате реакции образуется нерастворимый в воде иодид серебра, который выпадет в осадок и заряженных частиц AgI не образуется. Если взять избыток KI образуется гидрозоль AgI, имеющий коллоидную степень дисперсности и на поверхности коллоидных частиц AgI адсорбируются ионы I^- и частица становится заряженной отрицательно. При адсорбции ионов I^- происходит достройка кристаллической решетки агрегата иодида серебра. Если взять избыток AgNO₃, на поверхности коллоидных частиц AgI адсорбируются ионы Ag⁺ и частица заряжается положительно. В первом случае наружную обкладку ДЭС составляет ионы К⁺, во втором - ионы NO₃^-.

Первая количественная теория ДЭС была разработана Гельмгольцем и Перреном. Согласно этой теории ДЭС представляется в виде плоского конденсатора одна обкладка которого находится в твердой фазе, другая в растворе. Толщина (d) такого конденсатора имеет порядок молекулярного радиуса. Схема строения ДЭС дана на рис.1а, где также показано падение потенциала, причем общий скачок потен­циала (j) в таком ДЭС является одновременно и скачком потенциала между твердой фазой и раствором, т.е. термодинамическим (электрохимическим) j-потенциалом (j₀), который рассчитывается по уравнению Нернста. Общий скачок потенциала ДЭС определяется по уравнению (1):

j j₀ (1)

где e - диэлектрическая проницаемость среды;

d - толщина адсорбционного слоя

Теоретически общий скачок потенциала должен быть равен термодинамическому j₌j₀, однако на практике из-за влияния дисперсионной среды j<j₀.

Приведенная схема строения ДЭС при приложении ее к электрокинетическим явлениям не объясняет ряда их особенностей. В частности, гидродинамическими исследованиями установлено, что место разрыва при перемещении твердой и жидкой фаз относительно друг друга всегда находится на сравниельно большом расстоянии от межфазной границы. При этом толщина слоя жидкости, «прилипающей» к твердой поверхности больше толщины ДЭС Гельмгольца - Перрена.

Теория диффузного строения ДЭС предложена Гюи (1910 г.) и Чепменом (1914 г.) независимо друг от друга. Сог­ласно этой теории, распределение ионов в растворе около поверхности твердой фазы определяется, с одной стороны, электрическим полем у твердой фазы, стремящимся притянуть эквивалентное количество ионов возможно ближе к поверхности, а с другой стороны, тепловым движением, стремящимся рассеять противоионы в объеме жидкой фазы. В ре­зультате этого противоионы, образующие наружную обкладку ДЭС, не лежат в какой-то одной плоскости, концентрация противоионов, наибольшая около заряженной поверхности твердой фазы, убывает по мере увеличения расстояния от границы раздела фаз по направлению внутрь раствора. Строение ДЭС и изменение потенциала по Гюи-Чепмену показано на рис.1б. Потенциал в данном случае изменяется не по прямой, а по экспоненте, в связи с тем, что компенсирующие противоионы распределены неравномерно. Изменение кривой круче в тех местах, где больше компенсирующих противоионов и, наоборот, кривая положе там, где компенсирующих противоионов меньше. Таким образом возникает равновесный диффузный слой противоионов, причем равновесие этого слоя динамическое.

Для данной теории характерны недостатки:

- наблюдаются расхождения экспериментальных и теоретических значений емкости ДЭС, т.к. теория Гюи-Чепмена не принимает во внимание размеры ионов, рассматривая их как точечные заряды, которые могут очень близко подойти к стенке, что и обуславливает более высокие значения расчетных величин;

- теория не объясняет так называемого явления перезарядки твердой фазы при введении в систему электролита с многовалентным ионом, заряд которого противоположен по знаку заряду дисперсной фазы;

- не объясняет различного действия разных по природе противоионов одинаковой валентности на ДЭС;

- неприемлема для концентрированных коллоидных растворов.

Вышеперечисленные недостатки теории ДЭС по Гюи и Чепмену преодолены в теории ДЭС, предложенной Штерном (1924 г.) и развитой в работах Мюллера, Фрумкина, Дерягина. Теория Штерна объединила схемы строения ДЭС, предложенные Гельмгольцем-Перреном и Гюи-Чепменом. Штерн принял, что реальные ионы имеют конечные размеры и, следовательно, центры ионов не могут находиться к поверхности твердой фазы ближе, чем на расстоянии ионного радиуса. Штерн так же учел адсорбционное взаимодействие ионов с поверхностью твердой фазы. Согласно Штерну первый или даже несколько первых слоев противоионов притягиваются к заряженной поверхности под влиянием, как электрического поля, так и поля адсорбционных сил. В результате этого часть противоионов удерживаются поверхностью на очень близком расстоянии порядка 1-2 молекул, образуя плоский конденсатор, предусмотренный теорией Гельмгольца-Перрена. Этот слой, в котором наблюдается резкое падение потенциала принято называть "гельмгольцевым" или "адсорбционным". Остальные противоионы, необходимые для компенсации потенциалоопределяющих ионов, в результате теплового рассеивания, образуют диффузную часть ДЭС, в которой они распределены так же, как в диффузном слое Гюи-Чепмена. Эту часть ДЭС, где потенциал падает относительно полого, иногда называют "слоем Гюи". Схема ДЭС по Штерну и падение электрического потенциала в нем представлены на рис.1в.

В адсорбционном слое противоионы плотно упакованы. Ширина его постоянна и не меняется от изменения внешних условий существования коллоидной системы - концентрации, электролита, температуры. Диффузный слой противоионов имеет переменную толщину, зависящую от концентрации электролита в дисперси­онной среде. Следует помнить, что между противоионами адсорбцион­ного и диффузного слоев имеет место динамическое равновесие, когда равное число противоионов покидает адсорбционный слой и возвраща­ется в него из диффузного слоя.

По теории Штерна при движении твердой или жидкой фазы отно­сительно друг друга, например, при электроосмосе или электрофорезе, принимается, что скольжение происходит не непосредственно у твердой поверхности, а на некотором расстоянии (линия АВ), за пределами адсорбционного слоя противоионов, в диффузном слое. Противоионы, находящиеся в адсорбционном слое вблизи твердой поверхности считаются неподвижными в обычных условиях и при движении твердой фазы перемещаются вместе с ней. В результате диффузного строения слоя противоионов толщина адсорбционного слоя становится больше (d₁ > d₀). При движении дисперсионной среды относительно дисперсной фазы при наложении электрического поля возникает скачок потенциала, который не является полным скачком потенциала j₀, а только некоторой частью последнего x = j₀ - j_d1. Величина x носит название электрокинетического или дзета-потенциала, а j_d1 называется адсорбционным потенциалом.

а) б) в)

Рис.1. Строение ДЭС (а - по Гельмгольцу-Перрену; б - по Гюи – Чепмену; 1в - по Штерну)

При введении электролита в систему динамическое равновесие между противоионами сдвигается в сторону адсорбционного слоя, при этом часть противоионов диффузного слоя перейдет в адсорбционный слой. Диффузный слой при этом будет сжиматься, а величина x -потенциала падать. Величина x -потенциала тесно связана с толщиной диффузного слоя противоионов. Чем больше размыт диффузный слой, тем больше величина x -потенциала. Если слой предельно сжат, т.е. j₀ = j_d1 и x = 0. Состояние при котором величина x -потенциала равняется нулю называется изоэлектрическим, при этом скорость электрофореза или электроосмоса становится равной нулю. Значения x -потенциала составляет единицы – десятки мВ и могут быть как положительными, так и отрицательными.

4. Строение мицеллы лиофобного золя

Всякий лиофобный золь состоит из мицелл и интермицеллярной жидкости. Мицеллы составляют дисперсную фазу золя, а интемицеллярная жидкость - дисперсионную среду, в состав которой входят растворитель и растворенные в нем электролиты и неэлектролиты.

Мицелла есть наименьшее количество коллоидного вещества способного к самостоятельному существованию в виде обособленного целого и определяющая все основные свойства коллоидной системы.

Мицелла состоит из агрегата и ионогенной части, образованной из двух ионных слоев - адсорбционного и диффузного. Агрегат представляет основную массу мицеллы и образован из атомов (например, в золях золота, серебра, меди и др.) или молекул (золи AgI, Fe(OH)₃, SiО₂ и др.). Общее число атомов или молекул в агрегате непостоянно и может колебаться от сотен до миллионов, в зависимости от размеров атомов и молекул. На поверхности кристаллического агрегата адсорбируются ионы, определяющие знак и величину термодинамического потенциала (потенциалопределяющие ионы). Эта часть мицеллы называется ядром.. Вокруг ядра располагается часть противоионов - адсорбционный слой. Ядро вместе с адсорбционным слоем противоионов составляет коллоидную частицу. Она всегда имеет заряд, соответствующий знаку заряда потенциалопределяющих ионов. Остальные противоионы образуют диффузный слой мицелл.

В качестве примера рассмотрим строение мицеллы гидрозоля иодида серебра (рис.2.), полученного по реакции двойного обмена в сильно разбавленных растворах. Строение мицеллы удобнее представлять в виде формулы. В нашем случае формула мицеллы золя АgI при избытке KI запишется в следующем виде:

{[mAgI]nI^- × (n-x) К⁺}^x-×x К⁺

агрегат

ядро

частица

мицелла

В этой формуле m -число молекул АgI, входящих в состав агрегата; n -число потенциалопределяющих ионов I^-, как правило m>>n. Общее число противоионов К⁺ также равно n, но часть из них (n - x) входит в адсорбционный слой и находится вблизи ядра, а другая часть х - противоионы диффузного слоя. Если стабилизатором золя будет не KI, a AgNO₃, то формула мицеллы запишется:

{m[AgI]nAg⁺ ×(n-x)NO₃^-}^x+ ×xNO₃^-

а) б)

Рис.2. Схема строения мицеллы гидрозоля иодида серебра.

а) избыток KI; б) избыток AgNO₃

На границе адсорбционной и диффузной частей ДЭС, правее линии АВ (рис.1) при движении жидкости относительно твердой поверхности обнаруживается электрокинетический потенциал (x-потенциал). Этот потенциал, играющий важную роль в объяснении электрокинетических явлений и в определении структуры мицеллы не может быть непосредственно измерен. Он вычисляется по результатам измерения скоростей электросмоса и электрофореза.

Мицеллы электронейтральны, т.к. количество положительных и отрицательных ионов в них одинаково. Мицеллы находятся в постоянном хаотическом (броуновском) движении. Дисперсионная среда в которой они движутся называется интермицеллярной жидкостью. При определенных условиях устанавливается равновесие между противоионами ДЭС и диффузного слоя. В момент равновесия число противоионов покидающих ДЭС и возвращающихся в него строго постоянно. Это равновесие смещается при изменении температуры и при введении электролитов. При введении индифферентного электролита в золь будет происходить сжатие диффузной части ДЭС, а следовательно, радиус мицеллы будет уменьшаться. При этом противоионы, находящиеся в диффузном слое, будут проникать за поверхность скольжения (линия АВ) и величина (n - x) будет возрастать, а х -падать. При определенном количес­тве введенного электролита ионы диффузного слоя могут полностью перейти в адсорбционный слой и частица окажется лишенной заряда.

Изучение электрокинетических явлений привело к разработке ряда плодотворных теоретических представлений. В современной коллоидной химии раздел электрокинетических явлений тесно связан с разделами, в которых рассматриваются свойства дисперсных систем и поверхностные явления. Представления о ДЭС было использовано в физике (теория поля и электростатика), а также в электрохимии. Понятие об электрокинетическом потенциале позволило объяснить многие явления, наблюдающиеся в дисперсных системах и электрохимии. Электрокинетический потенциал определяет агрегативную устойчивость высокодисперсных систем, структуробразование, явления адсорбции. Электрокинетические явления имеют место также в биологических системах, являющихся сложными коллоидными системами с высокоразвитой поверхностью.

5. Электроосмос.

Электроосмос, как уже говорилось, есть передвижение жидкости по отношению к твердому телу под действием приложенной извне разности потенциалов. Экспериментально было установлено, что количество перенесенной жидкости пропорционально силе тока, а объем перенесенной жидкости, отнесенный к единице силы тока, не зависит от площади сечения капиллярной системы (мембраны) и толщины мембраны (длины капилляров) и возрастает с увеличением электрического сопротивления раствора (уменьшении концентрации электролита). Указанные закономерности, присущие явлению электроосмоса, явились основой для создания теории электрокинетических явлений. Эта теория позволила, в первую очередь, количественно определить часть скачка потенциала на границе раздела твердое тело-раствор, которая связана с электрокинетическими явлениями, т.е. вычислить величину электрокинетического потенциала.

Гельмгольц установил связь между скачком потенциала в ДЭС, градиентом потенциала внешнего электрического поля и скоростью движения жидкости в капилляре. Вывод, сделанный Гельмгольцем для одиночного капилляра, Смолуховский распространил на случай многих капилляров, например, мембраны (диафрагмы), пронизанной большим числом пор.

Согласно современному представлению о механизме электроосмотического переноса жидкости, движение жидкости происходит вследствие того, что вблизи поверхности в наружной части диффузного слоя противоионов имеется избыток ионов одного знака заряда. Приложение электрического поля к капилляру, наполненному жидкостью, заставляет сольватированные противоионы диффузного слоя сдвигаться к противоположно заряженному полюсу. Ионы внутренней обкладки двойного слоя (потенциалопределяющие ионы), так же как и противоионы наружной обкладки не перемещаются, так как для преодоления электростатических и адсорбционных сил, действующих в ДЭС, нужно приложить огромные напряжения, неосуществимые в реальных условиях.

Вдали от стенки, в средней части капилляра, ионы обоих знаков находятся в одинаковых количествах в объеме и, поэтому при приложении электрического поля движение их происходит равномерно в обе стороны со скоростями, соответствующими их подвижностям и градиенту приложенного напряжения электрического поля. Таким образом, около стенки создается направленный поток избыточных ионов одного знака, и для отдельного капилляра круглого сечения имеется цилиндрическая оболочка ионов, движущихся к противоположно, заряженному полюсу. Эта цилиндрическая оболочка ионов одного знака, имеющая направленное движение, в силу трения и молекулярного сцепления увлекает за собой остальную массу жидкости.

Из такого представления о механизме электроосмоса становится очевидно, что чем большее количество противоионов находится в диффузной области, т.е. чем больше величина x -потенциала, тем большая сила будет приложена к жидкости в капилляре и с тем большей скоростью будет происходить перемещение жидкости в капилляре при наложении внешнего электрического поля. Отсюда следует, что должна существовать пропорциональность между величиной объема перенесенной жидкости, отнесенного к единице силы тока и электрокинетическому потенциалу. Последнее подтверждено опытами и является основой для экспериментального определения величины x -потенциала по электроосмосу. Электроосмос прекращается, когда при увеличении концентрации электролита в растворе, диффузный слой сжимается и при­нимает структуру "гельмгольцевского" слоя, что приводит к исчезно­вению механизма для передвижения жидкости и электроосмос прекращается. Электрокинетический потенциал может быть при этом не только быть равным нулю, но и приобретать противоположный знак. Это явление наблюдается при значительной адсорбции ионов на поверхности, когда общий заряд ионов в плотном слое может оказаться больше заряда поверхности твердого тела. Величина x -потенциала рассчитывается по уравнению Гельмгольца-Смолуховского для электроосмоса (2):

x = 4×p×h×c×J / e_а×I (2)

где h -вязкость, Н×с/м²; c - удельная электропроводность жидкой фазы, Ом^-1 м^-1; J -объемная скорость жидкости; e_а = e×e_о - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды (e -относительная диэлектрическая проницаемость среды, e_о = 8,854×10^-12 А×с×В^-1м^-1 -абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума); I-сила тока, А.

Весьма существенно, что уравнение (2) не включает геометрических параметров системы; все величины, входящие в правую часть уравнения, измеримы опытным путем.

Электроосмос находит в настоящее время широкое практическое применение. Например, для осушки намытого грунта при строительстве плотин, дамб и других гидротехнических сооружений; для осушения заболоченных участков местности; борьбы с оползнями (плывунами); для осушки торфа, сырых стен зданий; для электроосмотической пропитки пористых тел растворами веществ, повышающих качество этих материалов, Например, пропитка низкосортной древесины мономерами с последующей радиационной полимеризацией позволяет получить паркет и другие высокопрочные материалы.

В нефтепромысловой практике электроосмос может быть использован для пропитки горных пород соответствующими растворами. Так например, при бурении сверхтвердых пород путем их электроосмотической пропитки растворами поверхностно-активных веществ удается значительно уменьшить время проходки скважин благодаря эффекта Ребиндера или для создания искусственной смазки из разжиженного грунта в катодной зоне с целью ликвидации прихватов и затяжек бурового инструмента. Разра­батываются способы интенсификации добычи нефти путем использования электроосмоса в процессе вытеснения нефти водой из коллектора. Перспективность этого направления, как и использование электроос­моса при фильтрации, связана с тем, что с увеличением дисперсности системы увеличивается ее гидравлическое сопротивление и фильтрация становится все менее эффективной. Эффективность же электроосмоса, наоборот, возрастает по мере развития диффузных слоев с увеличением удельной поверхности.

5.1 Определение потенциала жестких мембран методом электро­осмоса.

Простейший прибор для определения величины x -потенциала жестких мембран (керамических, стеклянных, целлофановых и коллодиевых пленок) с помощью электроосмоса показан на рис.3.

Рис.3. Прибор для измерения x -потенциала жестких мембран методом измерения электроосмоса.

Пористая жесткая мембрана I, зажатая между фланцами 2 и 3 разделяет два симметричных сосуда 4 с отчетными, заранее прокалиброванными капиллярными трубками 5 и неполяризующимися электродами 6 (Cu/CuSO₄ -агар). Ячейку заполняют раствором электролита (0,01 н водный раствор KCI или NaCI) так, чтобы мениски жидкости находились в средней части градуированных трубок 5. Соединяя электроды с внешним источником тока (постоянного) 80-100 В, определяют знак заряда исследуемой мембраны по направлению движения жидкости через нее и по знаку зарядов полюсов источника тока. Затем ток выключают. Отмечают начальное положение менисков раствора в правом n^п_н и левом n^л_н менисках капилляров 5. Снова включают ток и одновременно секундомер. Отмечают, через некоторое время, конечное положение менисков в капиллярах n^п_к и n^л_к. По разности n_к - n_н определяют число делений, пройденных жидкостью (n_ср) за время t. Изменяя направление тока, измеряют протекание жидкости несколько раз. Скорость протекания жидкости через мембрану (V_ср) вычисляют по уравнению (3):

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: