Двойной электрический слой и электрокинетические явления

При рассмотрении строения мицеллы было показано, что на поверхности коллоидных частиц образуется двойной электрический слой (ДЭС). Первая теория строения ДЭС была развита Гельмгольцем и Перреном; в их представлении двойной электрический слой подобен плоскому конденсатору, внутренняя обкладка которого находится в твердой фазе, а внешняя – в жидкости параллельно поверхности ядра на расстоянии порядка диаметра иона. Потенциал электрического поля внутри ДЭС f в этом случае линейно уменьшается с увеличением расстояния от поверхности r (Рис. 35А). Позднее Гуи и Чепмен предложили другую модель, согласно которой противоионы, благодаря тепловому движению, образуют вблизи твердой поверхности ядра диффузную ионную атмосферу. Уменьшение электрического потенциала ДЭС f с увеличением расстояния r в этом случае происходит нелинейно (Рис. 35Б).

 

 

Рис. 35. Строение ДЭС: а) – по Гельмгольцу и Перрену, б) – по Гуи и Чепмену, в) –по Штерну. Вверху – схема расположения противоионов, внизу – зависимость потенциала от расстояния

 

Предложенная Штерном модель строения ДЭС объединяет ранние модели, учитывая как адсорбцию противоионов, так и их тепловое движение. Согласно этой модели, являющейся в настоящее время общепринятой, часть противоионов находится на расстояниях порядка диаметра иона от поверхности ядра, образуя слой Гельмгольца (адсорбционный слой противоионов), а другая часть образует диффузный слой (Рис.35В). Потенциал диффузной части двойного электрического слоя называют электрокинетическим потенциалом и обычно обозначают греческой буквой ζ (дзета) и называют поэтому дзета-потенциалом. Поскольку ζ-потенциал пропорционален заряду коллоидной частицы, агрегативная устойчивость золя пропорциональна его величине.

Если поместить золь в постоянное электрическое поле, то, как и в растворах электролитов, заряженные частицы будут двигаться к противоположно заряженным электродам: коллоидная частица с адсорбированными на ней противоионами – в одну сторону, противоионы диффузного слоя – в другую. Сила, с которой электрическое поле действует на частицы и, следовательно, скорость движения частиц, очевидно, будет пропорциональна ζ-потенциалу. Движение частиц дисперсной фазы в электрическом поле называется электрофорезом. Электрофорез – пример электрокинетических явлений.

Величина ζ-потенциала связана со скоростью движения частиц дисперсной фазы при электрофорезе U, напряженностью электрического поля E, вязкостью среды η, диэлектрической проницаемостью дисперсионной среды ε уравнением Гельмгольца-Смолуховского):

 

 

Здесь К – постоянная, зависящая от формы частиц дисперсной фазы; для сферических частиц К = 6.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1. Горшков В.И., Физическая химия / В.И. Горшков, И.А. Кузнецов.- М.: изд-во МГУ, 1986.- 264 с.

2. Левченков С.И. Физическая и коллоидная химия [Электронный ресурс] / С.И. Левченков.- Режим доступа: http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/PhCol_Lc.html

3. Курс физической химии/ Под ред. Я.И.Герасимова. - М.: Химия, 1969, т.1, 2 -314с.

4. Физическая химия. Принципы и применение в биологических науках / И. Тиноко, К. Зауэр, Д. Вэнг, Д. Паглиси; пер. с англ. Е.Р. Разумова; под ред. В.И. Горшков. - М.: Техносфера, 2005. - 743 c.: табл., ил.

5. Сумм Б.Д. Основы коллоидной химии. –М.: Издательский центр «Академия», 2006.- 236 с.

6. Стромберг А. Г. Физическая химия : учебник для вузов по хим. спец. : рекоменд. М-вом образования РФ / А. Г. Стромберг, Д. П. Семченко ; под ред. А. Г. Стромберг. – Изд. 6-е, стер. – М. : Высшая школа, 2006. – 527 c.

7. Гельфман, М.И. Коллоидная химия / М.И. Гельфман, О.В. Ковалевич, В.П.Юстратов. - 3-е изд., стереотип. – СПб.: Лань, 2005. - 332 c.

8. Николаев Л.А. Физическая химия / Л.А. Николаев.- М.:Высш.шк., 1979.- 371 с.

9. Киреев В.А. Курс физической химии / В.А.Киреев В.А. - М.:Химия, 1975.- 775 с.

10. Чанг О. Физическая химия с приложениями к биологическим системам. О. Чанг.- М.: Мир, 1980.- 662 с.

11. Кожевникова О.В. Лекции по энзимологии. Учебник для студентов четвертого курса факультета медицинской биотехнологии УдГУ.2003, [Электронный ресурс]/О.В. Кожевникова Режим доступа:http://www.distedu.ru/edu2/index.php

12. Кольман Я. Наглядная биохимия [Электронный ресурс]/Кольман Я., Рем К.-Г., М: Мир, 2000. Режим доступа:http://yanko.lib.ru/books/biolog/nagl_biochem/index.htm

13. Захарченко В.Н. Коллоидная химия / В.Н. Захарченко.- М: Химия, 1985. - 300 с.

14. Измайлова В.Н. Коллоидная химия и химия высокомолекулярных соединений / В.Н. Измайлова, В.С. Пшежецкий. Методические указания. Под ред. В.Н.Измайловой, изд-во МГУ, 1988.- 48 с.