Электрические свойства коллоидных растворов электрофорез

Федеральное Агентство по образованию РФ

ШАХТИНСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА (НПИ)

на тему: «Электрофорез и электроосмос»

К защите Защита принята с оценкой «__»__________2008 г. ________________________

___________________ «__»____________ 2008 г.

В данном реферате рассматриваются общие сведения о дисперсных системах, электрокинетические явления в них, в частности электрофорез и электроосмос, основные понятия, формулы. Также практическое применение электрокинетических явлений в науке и технике.

1 Электрокинетические явления

2 Практическое применение электрокинетических явлений

Список используемых источников

Дисперсные системы. Кристаллы любого вещества, например сахара или хлорида натрия, можно получить разного размера – крупные и мелкие. Каков бы ни был размер кристаллов, все они имеют одинаковую для данного вещества внутреннюю структуру – молекулярную или ионную кристаллическую решетку.

При растворении в воде кристаллов сахара и хлорида натрия образуются соответственно молекулярные и ионные растворы. Таким образом, одно и то же вещество может находиться в различной степени раздробленности: макроскопически видимые частицы (>0,2 – 0,1 мм, разрешающая способность глаза), микроскопически видимые частицы (от 0,2 – 0,1мм до 400 – 300 нм*, разрешающая способность микроскопа при освещении белым светом) и в молекулярном (или ионном) состоянии. Постепенно складывались представления о том, что миром молекул и микроскопически видимых частиц находится область раздробленности вещества с комплексом новых свойств, присущих этой форме организации вещества.

Представим себе кубик какого-либо вещества, который будем разрезать параллельно одной из его плоскостей, затем полученные пластинки начнем нарезать на палочки, а последние на кубики. В результате такого диспергирования (дробления) вещества получаются плёночно-, волокнисто- и корпускулярнодисперсные (раздробленные) системы. Если толщина пленок, поперечник волокон или частиц (корпускул) меньше разрешающей способности оптического микроскопа, то они не могут быть обнаружены с его помощью. Такие невидимые в оптический микроскоп частицы называют коллоидными, а раздробленное (диспергированное) состояние веществ с размером частиц от 400 – 300 нм до 1 нм – коллоидным состоянием вещества.

1. Электрокинетические явления

Электрокинетическими явлениями называют перемещение одной фазы относительно другой в электрическом поле и возникновение разности потенциалов при течении жидкости через пористые материалы (потенциал протекания) или при оседании частиц (потенциал оседания). Перенос коллоидных частиц в электрическом поле называется электрофорезом, а течение жидкости через капиллярные системы под влиянием разности потенциалов – электроосмосом. Оба эти явления были открыты профессором Московского университета Ф. Ф. Рейссом в 1809 г.

Рейсс поставил два эксперимента. В одном из них он использовал U-образную трубку, перегороженную в нижней части диафрагмой из кварцевого песка и заполненную водой. При наложении электрического поля он обнаружил движение жидкости в сторону отрицательно заряженного электрода. Происходящее до тех пор, пока не устанавливалась определенная разность уровней жидкости (равновесие с гидростатическим давлением). Поскольку без диафрагмы движение жидкости отсутствовало, то последовал вывод о заряжении жидкости при контакте с частицами кварца. Явление получило название электроосмоса.

В другом эксперименте Ф. Ф. Рейсс погрузил в глину две стеклянные трубки, заполнил их водой и после наложения на них электрического поля наблюдал перемещение частиц глины в жидкости в направлении положительно заряженного электрода. Это был электрофорез. Таким образом, было обнаружено, что частицы имеют заряд, противоположный заряду жидкости.

Первые количественные исследования электроосмоса были выполнены Видеманном (1852). Он показал, что объёмная скорость υ электроосмоса пропорциональна силе тока I при прочих фиксированных параметрах, а отношение υ/I не зависит от площади сечения и толщены диаграммы.

В 1859 г. Квинке показал, что существует явление, обратное электроосмосу, т. е. при течении жидкости через пористое тело под влиянием перепада давлений возникает разность потенциалов. Возникновение разности потенциалов Квинке наблюдал при течении воды и водных растворов через разнообразные пористые материалы (глина, дерево, песок, графит и др.). Это явление получило название потенциала течения (или протекания). Позже было установлено, что потенциал течения не зависит от размера диаграммы, количества фильтруемой жидкости, но, как и при электроосмосе, пропорционален объёмной скорости фильтрации.

Количественное исследование эффекта, обратного электрофорезу, впервые было выполнено Дорном в 1878 г. Он измерял возникающую разность потенциалов при седиментации частиц суспензии кварца в центробежном поле. Явление возникновения разности потенциалов при осаждении дисперсной фазы получило название потенциала седиментации или оседания (или эффект Дорна).

Таким образом, по причинно-следственным признакам электрокинетические явления делят на две группы. К первой группе относят явления, при которых относительное движение фаз вызывается электрической разностью потенциалов, это электроосмос и электрофорез. Ко второй группе электрокинетических явлений принадлежат потенциал течения и потенциал седиментации, в которых возникновение электрической разности потенциалов обусловлено относительным движением фаз.

Наибольшее практическое применение получили электрофорез и электроосмос.

Основную роль в возникновении электрокинетических явлений играет двойной электрический слой (ДЭС), формирующийся у поверхности раздела фаз. Внешнее электрическое поле, направленное вдоль границы раздела фаз, вызывает смещение одного из ионных слоев, образующих ДЭС, по отношению к другому, что приводит к относительному перемещению фаз, т. е. к электроосмосу или электрофорезу. Аналогичным образом при относительном движении фаз, вызываемом механическими силами, происходит перемещение ионных слоев ДЭС, что приводит к пространственному разделению зарядов (поляризации) в направлении движения и к перепаду электрического потенциала (потенциал течения, потенциал оседания).

Направленное перемещение жидкости в пористом теле под действием приложенной разности потенциалов называется электроосмосом. Рассмотрим, например, электроосмотическое скольжение электролита в капилляре или порах мембраны. Примем для определенности, что на поверхности адсорбированы отрицательные ионы, которые закреплены неподвижно, а положительные ионы формируют диффузную часть ДЭС. Внешнее поле Е направлено вдоль поверхности. Электростатическая сила, действующая на любой произвольный элемент диффузной части ДЭС, вызывает движение этого элемента вдоль поверхности. Поскольку плотность заряда в диффузной части ДЭС Ф(х ) меняется в зависимости от расстояния до поверхности х (рис. 1), разложенные слои жидкого электролита движутся с разными скоростями. Стационарное состояние (неизменность во времени скорости течения) будет достигнуто, когда действующая на произвольный слой жидкости электростатическая сила скомпенсируется силами вязкого сопротивления, возникающими из-за различия скоростей движения слоев жидкости, находящихся на разном удалении от поверхности. Уравнения гидродинамики, описывающие движение жидкости при постоянных вязкости жидкости

источник

Кинетические свойства коллоидных растворов

Для коллоидных растворов характерно движение частиц дисперсной фазы, вызываемое беспорядочными ударами со стороны молекул среды, находящихся в тепловом движении. Его впервые наблюдал шотландский ботаник Броун. Именно поэтому движение частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде золя называется броуновским. Если частица велика, то она испытывает одновременно множество ударов со всех сторон, в результате чего эти удары взаимно уравновешиваются. Частица коллоидной степени дисперсности, как очень малая, никогда не испытывает одинаково сильных и частых ударов со всех сторон, и в одно мгновение более сильным оказывается удар с одной стороны, а в следующее мгновение — с другой. В результате направление движения каждой частицы подвергается непрерывному и притом беспорядочному изменению.

Изучение броуновского движения показало, что кинетические свойства коллоидных растворов близки кинетическим свойствам истинных растворов. Однако скорости перемещения частиц в коллоидных растворах меньше, чем в истинных (это связано с размерами частиц).

Кроме того, движение частиц молекулярной степени дисперсности нельзя наблюдать в микроскоп.

В 1909 г. проф. Московского университета Ф.Рейсе наблюдал воздействие постоянного электрического тока на диспергированную в воде глину и на этом основании описал электрические свойства коллоидных растворов. Частицы дисперсной фазы (глины) перемещались к аноду, где вследствие их большого скопления наблюдалось помутнение раствора. Частицы же дисперсионной среды (воды) перемещались к катоду, где наблюдалось повышение уровня прозрачной жидкости. Направленное движение частиц к электродам говорило об их заряде, причем стало ясным, что дисперсная фаза несет на себе заряд, противоположный по знаку заряду среды. Движение частиц дисперсной фазы к одному из электродов при пропускании через золь постоянного электрического тока получило название электрофореза, а движение частиц дисперсионной среды -электроосмос.

Итак, электрофорез и электроосмос обусловлены наличием разноименного заряда у частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды. На границе раздела фаз возникает двойной электрический слой, состоящий из тонкой (адсорбционной) части и протяженной диффузной части. Между фазами возникает разность потенциалов, называемая электротермодинамическим потенциалом. Часть скачка потенциала, обусловленная диффузным слоем, называется электрокинетическим или L, (дзета)-потенциалом (рис. 8.9). Электрокинетический потенциал определяется толщиной и зарядом диффузного слоя, которые зависят от концентрации и заряда противоионов и температуры. Его значение можно регулировать, например, введением противоионов с высоким значением зарядов.

12.7 Кинетическая и агрегативная устойчивость коллоидных систем

Кинетические свойства коллоидных растворов определяют их кинетическую устойчивость, которая состоит в том, что концентрация коллоидных растворов одинакова по всему объему системы и при правильном хранении не изменяется во времени.

Электрические свойства коллоидных растворов объясняют их агрегативную устойчивость, которая проявляется в том, что частицы дисперсной фазы в коллоидном растворе не укрупняются, не слипаются. Сохранение коллоидной степени дисперсности во времени обусловлено прежде всего наличием одноименного электрического заряда частиц дисперсной фазы, вызывающего их взаимное отталкивание. С увеличением электрокинетического потенциала растет устойчивость коллоидных систем.

Наличие электрического заряда у частиц дисперсной фазы приводит к их значительной гидратации (полярные молекулы воды определенным образом ориентируются относительно заряженных частиц и вступают с ними во взаимодействие). Гидратная оболочка заметно снижает поверхностную энергию дисперсной фазы и тем самым уменьшает стремление частиц к укрупнению. Гидратная оболочка приводит также к разобщению частиц в коллоидном растворе, что повышает агрегативную устойчивость, а иногда даже обеспечивает сохранение коллоидной степени дисперсности.

Частицы дисперсной фазы некоторых веществ, склонных к образованию золей, проявляют большое сродство к молекулам среды, адсорбируя их в первую очередь. Ядро коллоидной частицы таких золей имеет собственную гидратную оболочку. Формула мицеллы золя:

Такие коллоидные растворы называют гидрофильными. Гидрофильные коллоидные растворы приближаются по свойствам к истинным растворам. Это, как правило, золи органического происхождения. Коллоидные растворы большинства неорганических веществ имеют гидрофобный характер* .

Агрегативная устойчивость гидрофильных золей особенно велика, так как при наличии защитного действия одноименного заряда коллоидных частиц и общей гидратной оболочки ядра добавляется еще защитное действие гидратной оболочки ядра /Н₂О.

При длительном хранении гидрофильные золи переходят в особое «студнеобразное» коллоидное состояние. В таком виде их называют гелями. Структура геля такова, что мицеллы не разрушаются, а просто связываются друг с другом, образуя своеобразные ячейки, внутри которых сохраняется среда Н₂0. Гель можно высушить, превратив его в твердый коллоид (рис. 8.10).

Примером гидрофильного золя может служить золь желатина. В продаже имеется твердый коллоид желатина. При набухании в воде образуется гель. При нагревании геля («студня») образуется золь. Все процессы обратимы:

Золь Гель Твердый коллоид

Сохранение во всех состояниях мицеллярной структуры связано с высокой устойчивостью гидрофильной коллоидной системы.

Коагуляция коллоидных растворов

Рисунок 12.2 – Коагуляция коллоидных растворов

Устойчивость золя можно нарушить, устранив одноименный заряд коллоидных частиц и защитную гидратную оболочку. На границе раздела коллоидная частица — среда устанавливаются два равновесия:

Противоины в коллоидной частице Противоины в среде (а)

Вода в коллоидной частице Вода в среде (б)

Если сместить равновесие (а) влево, то возрастет число противоионов в коллоидной частице и уменьшится ее заряд. Уменьшение заряда частицы приведет, в свою очередь, к уменьшению числа молекул воды в гидратной оболочке коллоидной частицы, т.е. к смещению равновесия (б) в правую сторону. Устойчивость коллоидной системы нарушится. При некоторых условиях число противоионов в коллоидной частице может стать таким, что их заряд полностью нейтрализует заряд зарядообразующих ионов, т. е. коллоидная частица станет незаряженной. При этом ^-потенциал становится равным нулю. Такое состояние коллоидной частицы называется изоэлектрическим. Гидратная оболочка частицы в изоэлектрическом состоянии в значительной мере разрушена. Коллоидные частицы не защищены и при столкновениях слипаются, укрупняются. Процесс укрупнения частиц, потеря агрегативно устойчивости золя называется коагуляцией. Коагуляция золя приводит к потере его кинетической устойчивости, которая выражается в образовании осадка.

Одним из основных методов коагуляции служит введение в коллоидную систему электролита, имеющего противоионы по отношению к заряженным коллоидным частицам. Например, в растворе с отрицательно заряженными коллоидными частицами вводят сульфаты алюминия или железа. В результате заряд коллоидных частиц нейтрализуется. Кроме того, при этом происходит гидратация ионов электролита за счет молекул Н₂О из дисперсионной среды. Эффективность коагуляции возрастает при введении флокулянтов, например полиакриламидов, способствующих укрупнению частиц. Коагуляцию также проводят путем анодного растворения алюминия и железа с переходом в раствор ионов А1 3+ и Fe 2+ .

Дата добавления: 2014-01-04 ; Просмотров: 1209 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

источник

Электрокинетические свойства коллоидных систем. Электрофорез, электроосмос. Строение коллидных частиц лиофобных золей, электрокинетический потенциал. Влияние электролитов на величину электрокинетического потенциала. Изоэлектрическое состояние. Устойчивость и коагуляция коллоидных систем. Коагуляция электролитами, правило Шульце-Гарди.

Согласно общепринятой мицеллярной теории строения коллоидных растворов, золь (коллоидный раствор) состоит из двух частей: мицелл и интермицеллярной жидкости.

Мицелла – это частица дисперсной фазы золя, окруженная двойным электрическим слоем.

Интермицеллярной (межмицеллярной) жидкостью называют дисперсионную среду, разделяющую мицеллы, в которой растворены электролиты, неэлектролиты и ПАВ, являющиеся стабилизаторами коллоидной системы.

Частицы дисперсной фазы лиофобных золей имеют сложную структуру, которая зависит от условий получения золей. Предположим, что золь иодида серебра AgI образуется в ходе химической реакции между AgNO₃ и KI. При этом основу коллоидных частиц составят микрокристаллы труднорастворимого AgI, включающие в себя m молекул AgI (а точнее, m пар ионов Ag + и I — ). Эти микрокристаллы называют агрегатами. Если реакция протекает в присутствии избытка иодида калия, то на поверхности агрегата возникает отрицательно заряженный слой в результате избирательной адсорбции n ионов I — . Иодид-ионы являются потенциалобразующими ионами (сокращенно ПОИ). Агрегат вместе с потенциалобразующими ионами является частицей твердой фазы и его называют ядром.

Под действием электростатических сил к ядру притягивается n ионов противоположного знака – противоионов, компенсирующих заряд ядра. В данном случае эту роль выполняют ионы K + . Часть противоионов (n — x), наиболее близко расположенных к ядру, находится в слое жидкости, смачивающем поверхность твердого ядра. Эти ионы испытывают действие не только электростатических, но и ван-дер-ваальсовых сил ядра, поэтому прочно удерживаются около него и образуют так называемый адсорбционный слой противоионов. Ядро с адсорбционным слоем противоионов образует коллоидную частицу. Остальные x противоионов, слабее связанных с ядром (только электростатически), под влиянием теплового движения располагаются в жидкой фазе диффузно (размыто), почему и носят название диффузного слоя. Все это образование вместе и является мицеллой.

Мицеллы золей электронейтральны. Структуру мицеллы можно записать в виде формулы:

где m – число молекул, входящих в состав агрегата, n – число потенциалобразующих ионов, (n – x) – число противоионов, входящих в адсорбционный слой, x – число противоионов, образующих диффузный слой.

Числа m, n и x могут изменяться в широких пределах в зависимости от условий получения и очистки золя. Обычно m >> n. Ядро вместе с адсорбционным слоем противоионов образуют собственно коллоидную частицу, или гранулу. В отличие от электронейтральной мицеллы коллоидная частица имеет заряд, в данном случае — отрицательный (x ‑ ).

Граница между коллоидной частицей и диффузным слоем носит название поверхность скольжения. В формуле мицеллы этой границе соответствует фигурная скобка между адсорбционным и диффузным слоями (на рис. 1 — сплошная линия).

Рис. 1. Схема строения мицеллы золя иодида серебра

с отрицательно заряженными частицами.

Граница скольжения обозначает ту геометрическую поверхность, по которой происходит разделение («разрыв») мицеллы на коллоидную частицу и диффузный слой в случае ее перемещения относительно дисперсионной среды (например, при участии мицеллы в броуновском движении или при движении под действием электрического поля).

На границе раздела твердое тело – жидкость возникает двойной электрический слой. Согласно современным представлениям, двойной электрический слой (ДЭС) — это образующийся на границе двух фаз тонкий поверхностный слой из пространственно разделенных электрических зарядов противоположного знака (потенциалобразующих ионов и противоионов). Потенциалобразующие ионы, адсорбирующиеся на твердой поверхности, — это внутренняя обкладка ДЭС. Внешняя обкладка ДЭС (слой противоионов) состоит из двух частей: плотной и диффузной.

Образование двойного слоя ионов приводит к появлению определенных электрических потенциалов на границе раздела твердой и жидкой фаз. Ионы первого слоя (внутренней обкладки), фиксированные на твердой поверхности, придают этой поверхности свой знак заряда и создают на ней так называемый поверхностный или φ-потенциал. Знак φ-потенциала совпадает со знаком заряда потенциалобразующих ионов. Величина φ-потенциала пропорциональна числу зарядов этих ионов на поверхности частиц.

С точки зрения термодинамики, φ-потенциал равен работе переноса единичного (элементарного) заряда из бесконечно удаленной точки объема раствора на поверхность твердой фазы, т. е. представляет собой потенциал твердой поверхности. Прямых методов его измерения не имеется.

Второй потенциал, характеризующий двойной слой ионов, называют электрокинетическим потенциалом или x-потенциалом (дзета-потенциалом). Он представляет собой электрический потенциал в двойном слое на границе между коллоидной частицей, способной к движению в электрическом поле и окружающей жидкостью. x-потенциал является потенциалом поверхности скольжения. Однако в двойном электрическом слое точное расстояние от твердой поверхности до поверхности скольжения неизвестно. Поэтому приближенно можно принять, что поверхность скольжения проходит по границе между адсорбционным и диффузным слоями противоионов. Следовательно x-потенциал близок, хотя и не совсем равен, потенциалу на границе адсорбционного и диффузионного слоев.

Термодинамически ξ-потенциал можно определить как работу, необходимую для переноса единичного заряда из бесконечно удаленного элемента объема раствора на поверхность скольжения. Знак ξ-потенциала обычно совпадает со знаком φ-потенциала. ξ-потенциал является частью φ‑потенциала и всегда меньше, чем φ‑потенциал. Величина ξ-потенциала непосредственно связана с числом противоионов в диффузном слое и изменяется пропорционально этому числу. Можно считать, что с увеличением толщины диффузного слоя ξ‑потенциал повышается. Поскольку электрокинетический потенциал относится к коллоидной частице и обусловливает ее подвижность в электрическом поле, величина этого потенциала может быть измерена экспериментально по скорости движения частиц. Направление же перемещения частиц к катоду или аноду указывает на знак ξ-потенциала.

Благодаря наличию ξ-потенциала на границах скольжения всех частиц дисперсной фазы возникают одноименные заряды и электростатические силы отталкивания противостоят процессам агрегации. Таким образом, ξ-потенциал является одним из основных факторов агрегативной устойчивости гидрофобных золей. Величина, а иногда и знаки φ- и ξ-потенциалов могут изменяться под влиянием внешних воздействий (электролитов, разведения, повышения температуры). Особенно чувствителен к этим факторам ξ-потенциал.

14.2.Электрокинетические свойства коллоидных систем: электрофорез, электроосмос.

К электрокинетическим явлениям относят эффекты, связанные либо с относительным движением двух фаз под действием постоянного электрического поля, либо с возникновением разности потенциалов при относительном смещении двух фаз, на границе между которыми существует двойной электрический слой.

Электрокинетические явления подразделяют на две группы: прямые и обратные. К прямым относят те электрокинетические явления, которые возникают под действием внешнего электрического поля (электрофорез и электроосмос). Обратными называют электрокинетические явления, в которых при механическом перемещении одной фазы относительно другой возникает электрический потенциал (потенциал протекания и потенциал седиментации).

Электрофорез и электроосмос были открыты Ф. Рейссом (1808). Он обнаружил, что если во влажную глину погрузить две стеклянные трубки, заполнить их водой и поместить в них электроды, то при пропускании постоянного тока происходит движение частичек глины к одному из электродов.

Это явление перемещения частиц дисперсной фазы в постоянном электрическом поле было названо электрофорезом.

В другом опыте средняя часть U-образной трубки, содержащей воду, была заполнена толченым кварцем, в каждое колено трубки помещен электрод и пропущен постоянный ток. Через некоторое время в колене, где находился отрицательный электрод, наблюдалось поднятие уровня воды, в другом — опускание. После выключения электрического тока уровни воды в коленах трубки уравнивались.

Это явление перемещения дисперсионной среды относительно неподвижной дисперсной фазы в постоянном электрическом поле названо электроосмосом.

Позже Квинке (1859) обнаружил явление, обратное электроосмосу, названное потенциалом протекания. Оно состоит в том, что при течении жидкости под давлением через пористую диафрагму возникает разность потенциалов. В качестве материала диафрагм были испытаны глина, песок, дерево, графит.

Явление, обратное электрофорезу, и названное потенциалом седиментации, было открыто Дорном (1878). При оседании частиц суспензии кварца под действием силы тяжести возникала разность потенциалов между уровнями разной высоты в сосуде.

Все электрокинетические явления основаны на наличии двойного электрического слоя на границе твердой и жидкой фаз.

Из описанных явлений электрофорез имеет наиболее широкое практическое применение. При электрофорезе происходит направленное перемещение частиц дисперсной фазы в электрическом поле постоянного тока к электроду, знак которого противоположен знаку заряда частиц. Подвижность частиц в электрическом поле обусловлена тем, что при наложении внешней разности потенциалов происходит разрыв двойного электрического слоя по границе скольжения и частица получает заряд, соответствующий ее ξ-потенциалу. Противоионы диффузного слоя перемещаются при этом к противоположному электроду. Очевидно, что скорость движения частиц дисперсной фазы пропорциональна величине их ξ‑потенциала. Наблюдая электрофоретическое движение частиц, можно определить знак и величину ξ‑потенциала коллоидной частицы.

Величина ξ‑потенциала связана со скоростью электрофореза заряженных частиц зависимостью, названной уравнением Гельмгольца – Смолуховского:

, (1)

где k — коэффициент, зависящий от формы частиц (для сферических частиц k = 6, для цилиндрических k = 4); η – вязкость среды; υ – линейная скорость перемещения частиц (или границы золя); ε – относительная диэлектрическая проницаемость среды; Е – напряженность поля (градиент потенциала).

Линейная скорость υ изменяется пропорционально напряженности поля Е, поэтому не может служить характеристикой частиц. В связи с этим введено понятие электрофоретической подвижности υ_эф., равной скорости движения частицы при единичном градиенте потенциала (Е = 1):

. (2)

Экспериментально найденные значения подвижностей часто оказываются меньше расчетных. Несовпадение этих величин объясняете в основном тем, что теория Гельмгольца — Смолуховского не учитывает два явления: релаксационный эффект и электрофоретическое торможение. Первый из этих эффектов вызывается нарушением симметрии диффузного слоя вокруг частиц. Второй эффект обусловлен добавочным трением электрической природы при движении частиц и противоионов в противоположные стороны.

Методы электрофореза имеют большое теоретическое и практическое значение. Знание величины ξ-потенциала позволяет судить об устойчивости коллоидного раствора, поскольку изменение его устойчивости, как правило, происходит пропоционально изменению электрокинетического потенциала.

Электроосмос, как и электрофорез, получил широкое применение. Механизм электроосмоса заключается в следующем. Нерастворимый материал мембраны при контакте с жидкостью (водой) диссоциирует с поверхности, отщепляя в жидкость те или другие ионы. Возникает двойной электрический слой, внутренняя обкладка которого входит в состав твердой фазы, а противоионы диффузно располагаются в жидкости. При включении постоянного электрического тока противоионы диффузного слоя перемещаются к электроду соответствующего знака. Так как ионы в воде всегда гидратированы, то при движении иона с ним увлекается определенный объем дисперсионнной среды за счет сил молекулярного трения (вязкости) между гидратной оболочкой иона и окружающей жидкостью. Очевидно, что чем больше толщина диффузного слоя и меньше площадь поперечного сечения капилляра или поры мембраны, тем сильнее проявляется электроосмотический перенос жидкости. Метод электроосмоса имеет большое практическое применение в процессах обезвоживания и сушки многих пористых материалов или весьма концентрированных коллоидных систем. Дли этой цели применяют, например, электрофильтр-прессы.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Студент — человек, постоянно откладывающий неизбежность. 10527 — | 7317 — или читать все.

источник

В другом опыте средняя часть U-образной трубки, содержащей воду, была заполнена толченым кварцем, в каждое колено трубки помещен электрод и пропущен постоянный ток. Через некоторое время в колене, где находился отрицательный электрод, наблюдалось поднятие уровня воды, в другом  опускание. После выключения электрического тока уровни воды в коленах трубки уравнивались.

, (1)

. (2)

Экспериментально найденные значения подвижностей часто оказываются меньше расчетных. Несовпадение этих величин объясняете в основном тем, что теория Гельмгольца  Смолуховского не учитывает два явления: релаксационный эффект и электрофоретическое торможение. Первый из этих эффектов вызывается нарушением симметрии диффузного слоя вокруг частиц. Второй эффект обусловлен добавочным трением электрической природы при движении частиц и противоионов в противоположные стороны.

Виды устойчивости дисперсных систем. Лиофобные и лиофильные золи

Устойчивость дисперсных систем – это возможность их нахождения в исходном состоянии неопределенно долгое время.

Устойчивость дисперсных систем может быть:

К осаждению дисперсной фазы — характеризует способность дисперсной системы сохранять равновесное распределение фазы по объему дисперсионной среды или ее устойчивость к разделению фаз. Это свойство называется седиментационная (кинетическая) устойчивость.

Агрегативная устойчивость – это способность дисперсной системы сохранять неизменной во времени степень дисперсности, т.е. размеры частиц и их индивидуальность.

Она обусловлена способностью дисперсных систем образовывать агрегаты (т.е. укрупняться). По отношению к агрегации дисперсные системы могут быть устойчивыми кинетически и термодинамически. Термодинамически устойчивые системы образуются в результате самопроизвольного диспергирования одной из фаз, т.е. самопроизвольного образования гетерогенной свободнодисперсной системы. Дисперсные системы также делят на:

лиофильные, обладающие термодинамической устойчивостью;

лиофобные, которые термодинамически неустойчивы к агрегации, но могут быть устойчивы кинетически, т.е. обладать значительным временем жизни.

Особенности этих двух видов устойчивости показаны на схеме:

Термодинамическая устойчивость лиофильных систем означает, что они равновесны (энергия Гиббса G  min), обратимы и образуются самопроизвольно, как из макрофаз, так и из истинных растворов. Поскольку образуются гетерогенные системы, то поверхностная энергия должна быть скомпенсирована энтропийной составляющей, т.е. частицы дисперсной системы должны участвовать в молекулярно кинетическом (тепловом) движении. Отсюда следует, что лиофильные системы могут быть только ультромикрогетерогенными, а поверхностное натяжение на границе «частица – среда» должно быть очень малым. Значение поверхностного натяжения, при котором обеспечивается термодинамическая устойчивость дисперсных систем, определяется соотношением Ребиндера – Щукина:

где ỵ езразмерный коэффициент;

а – средний размер частицы.

Расчеты показывают, что межфазное поверхностное натяжение в лиофильных дисперсных системах в зависимости от размеров частиц может иметь значение от 1,410 -7 до 1,410 -3 Дж/м 2 . Типичными представителями лиофильных дисперсных систем являются растворы коллоидных поверхностно активных веществ (ПАВ) (ассоциативные коллоиды) и растворы полимеров (молекулярные коллоиды).

Лиофобные системы термодинамически неустойчивы, т.к. частицы дисперсной фазы склонны к агрегации. Их агрегативная термодинамическая неустойчивость обусловлена избытком поверхностной энергии. Межфазное натяжение в них больше рассчитанного по соотношению Ребиндера – Щукина, поэтому они не могут быть получены самопроизвольным диспергированием. Для их образования должна быть затрачена внешняя энергия. Укрупнение частиц дисперсной фазы при потере агрегативной устойчивости достигается двумя путями:

Изотермическая перегонка, т.е. растворение мелких и рост крупных частиц в соответствии с уравнением Кельвина;

За счет слипания частиц, т.е. коагуляцией.

В зависимости от природы среды и концентрации дисперсной фазы эти процессы могут заканчиваться или осаждением, или структурообразованием.

При нарушении агрегативной устойчивости происходит коагуляция.

Правила коагуляции электролитами. Порог коагуляции. Правило Шульце-Гарди. Виды коагуляции: концентрационная и нейтрализационная. Коагуляция смесями электролитов. Явление «неправильные ряды». Механизм и кинетика коагуляции

Коагуляцией называется процесс слипания частиц с образованием крупных агрегатов. В результате коагуляции система теряет свою седиментационную устойчивость, так как частицы становятся слишком крупными и не могут участвовать в броуновском движении.

Коагуляция является самопроизвольным процессом, так как она приводит к уменьшению межфазной поверхности и, следовательно, к уменьшению свободной поверхностной энергии.

Различают две стадии коагуляции.

1 стадия – скрытая коагуляция. На этой стадии частицы укрупняются, но еще не теряют своей седиментационной устойчивости.

2 стадия — явная коагуляция. На этой стадии частицы теряют свою седиментационную устойчивость. Если плотность частиц больше плотности дисперсионной среды, образуется осадок.

Причины коагуляции многообразны. Едва ли существует какое либо внешнее воздействие, которое при достаточной интенсивности не вызывало бы коагуляцию.

источник

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

В ГИДРОФОБНЫХ ЗОЛЯХ

В 1808 году профессор Московского университета Ф. Ф. Рейсе, изучая процесс электролиза воды, попытался разделить продукты электролиза. С этой целью он заполнил среднюю часть U–образной трубки электролизера толченым кварцем (т. е. создал капиллярно-пористую перегородку) и подал на электроды постоянное внешнее напряжение (рис. 8.1). Он обнаружил, что вода перемещается в сторону отрицательного электрода. При разности потенциалов на электродах, равной 100 В, разность уровней воды в коленах трубки составляла примерно 20 см. Это явление получило название электроосмоса. Поскольку в отсутствие капиллярно-пористой перегородки движения воды не наблюдалось, последовал вывод, что вода при контакте с кварцем приобретает положительный заряд.

Электроосмос – это явление переноса дисперсионной среды через неподвижную капиллярно-пористую перегородку под действием внешнего электрического поля.

Следовательно, электроосмос является процессом несамопроизвольным, на его осуществление затрачивается электрическая работа.

Рис.8.1. Схема электроосмоса

Далее Рейсе поставил следующий опыт. Он погрузил во влажную глину две стеклянные трубки, заполнил их водой, в трубки ввел электроды и подал на них постоянное напряжение. Он обнаружил, что вода перемещается к отрицательному электроду (как в предыдущем опыте), и одновременно частицы глины перемещаются к положительному электроду (вода в трубке с положительным электродом мутнела, в то время как в другой трубке оставалась прозрачной). Это явление получило название электрофореза.

Электрофорез – это явление переноса частиц дисперсной фазы под действием внешнего электрического поля.

Роль капиллярно–пористой перегородки играла влажная глина. Схема электрофореза представлена на рис. 8.2. Таким образом, при наличии неподвижной капиллярно–пористой перегородки под действием постоянного электрического поля передвигается дисперсионная среда (электроосмос) и дисперсная фаза (электрофорез).

Рис.8.2. Схема электрофореза

Было естественным предположить возможность осуществления противоположных процессов, т.е. получить разность потенциалов на капиллярно-пористой перегородке при движении через нее дисперсионной среды или частиц дисперсной фазы.

В 1859 году Квинке обнаружил явление, противоположное электроосмосу, названное потенциалом течения. Потенциал течения – это явление возникновения разности потенциалов на электродах, расположенных по обеим сторонам неподвижной капиллярно–пористой перегородки при продавливании через нее жидкости.

Квинке наблюдал возникновение разности потенциалов при течении воды и водных растворов через разнообразные пористые материалы (глина, дерево, песок, графит и др.). Это явление характерно и для живых организмов. Например, при движении крови в артериях возникает не большой потенциал течения (

0,002 В), имеющий, однако, важное биологическое значение. Одна из волн, наблюдаемых на электрокардиограммах, обусловлена этим потенциалом.

В 1878 г. Дорн открыл явление, обратное электрофорезу, названное потенциалом седиментации (осаждения).

Потенциал седиментации – это явление возникновения потенциалов на электродах, расположенных на разной высоте в сосуде, в котором происходит оседание частиц дисперсной фазы.

Таким образом, разность потенциалов возникает в результате движения частиц. Схематически возникновение потенциала течения и потенциала седиментации показано на рис. 8.3 и 8.4.

Рассмотренные явления – электроосмос, электрофорез, потенциал течения и потенциал седиментации – объединяют под общим названием электрокинетические явления, поскольку они связаны с электрическим полем и полем скоростей (кинетическим полем).

Эти явления находят широкое применение: электроосмос – для ускорения сушки торфа, древесины и пр., дубления кожи, очистки дисперсионной среды золей, а также воды, пропитки материалов различными композициями, в электрохимических приборах и т.д.; электрофорез – для получения чистого каолина из глинистой суспензии, нанесения покрытий на поверхности сложных конфигураций, например, грунтовки кузовов автомобилей, для обезвоживания, в медицине как метод введения лекарственных средств в организм человека и т. д.

Рис.8.3. Схема возникновения потенциала течения

Рис. 8.4. Схема возникновения потенциала седиментации

С явлениями потенциала течения и потенциала седиментации приходится считаться в производствах, в которых осуществляется транспортировка жидкостей (перекачка технологических растворов, жидкого топлива), осаждение суспензий и эмульсий при разделении фаз и т.д. На концах трубопроводов и аппаратов могут возникать высокие разности потенциалов, которые являются причиной искровых разрядов, вызывающих пожары и взрывы.

Очевидно, что причина электрокинетических явлений заключена в противоположности знаков зарядов твердой частицы и жидкой дисперсионной среды. С современной точки зрения на поверхности твердой фазы существует двойной электрический слой (ДЭС).

ПУТИ ОБРАЗОВАНИЯ ДЭС

Возможны два принципиально разных пути образования ДЭС – избирательная адсорбция поверхностью твердой частицы ионов из дисперсионной среды и ионизация поверхностных молекул твердой частицы.

1. Избирательная адсорбция. Здесь возможны два случая.

а) Избирательная адсорбция ионов, способных достраивать кристаллическую решетку частицы дисперсной фазы.

В соответствии с правилом Панета–Фаянса (см. раздел 5.7), на поверхности твердой частицы избирательно адсорбируются только те ионы, которые способны достроить ее кристаллическую решетку или изоморфны с ней.

Предположим, что твердые частицы хлорида серебра диспергированы в водном растворе хлорида калия.

В данном случае на поверхности будут сорбироваться ионы С1 — , так как они входят в состав кристаллической решетки и будут придавать частице отрицательный заряд, одновременно прилегающая к частице жидкая среда приобретает положительный заряд, т. е. возникает ДЭС. Ионы, которые придают заряд твердой частице, называются потенциалопределяющими, противоположно заряженные – противоионами.

б) Избирательная адсорбция без достройки кристаллической решетки. Этот случай имеет место, когда в растворе имеются ионы, обладающие большой адсорбционной способностью – Н + или ОН — . Примером может служить возникновение ДЭС на границе, частицы твердого парафина–водный раствор щелочи. ДЭС образуется в результате избирательной адсорбции ионов ОН — .

2. Ионизация поверхностных молекул твердой частицы. Здесь также возможны два случая.

а) В случае гидрозолей металлов в раствор переходят катионы металлов, твердая поверхность заряжается отрицательно, а дисперсионная среда положительно (подобно тому, как это происходит при возникновении электродного потенциала). Например:

б) В случае некоторых оксидов, кислот, белков и т. д. с твердой поверхности в дисперсионную среду переходят ионы одного заряда, ионы с противоположным зарядом остаются на твердой частице и являются потенциалопределяющими.

Пример: гидрозоль диоксида кремния SiO₂. Поверхностные молекулы реагируют с водой, образуя кремниевую кислоту, которая диссоциирует, отдавая в дисперсионную среду ионы Н + .

H₂SiО₃Н + + HSiO 3-

Твердая частица при этом заряжается отрицательно, а среда –положительно. Поэтому при соприкосновении воды с толченым кварцем среда заряжается положительно и перемещается к отрицательному электроду.

Аналогичная картина наблюдается при помещении стекла в водный раствор, так как основу стекла составляют силикаты.

Дата добавления: 2015-11-05 ; просмотров: 648 | Нарушение авторских прав

источник

Электрофорез — направленное перемещение частиц дисперсной фазы под действием приложенной разности потенциалов. Это явление наблюдается в седиментационно устойчивых дисперсных системах. При наложении на такую систему внешней разности потенциалов происходит разрыв ДЭС по плоскости скольжения, в результате чего частица получает заряд и перемещается к соответствующему электроду.

Приведенные выше уравнения Гельмгольца — Смолуховского справедливы для электрофореза, в частности для электрокинетического потенциала используется уравнение (4.9). Отличие состоит только в системе координат: в одном случае рассматривается скорость жидкости, в другом — скорость движения частиц, которую обычно определяют по смещению цветной границы.

Электрофорез наблюдают в U-образном сосуде (см. лабораторный практикум). В нижнюю часть сосуда наливают золь, сверху — контактную (боковую) жидкость, имеющую одинаковую (или немного большую) с золем электрическую проводимость. Наблюдают за изменением уровня золя в обоих коленах трубки и по скорости перемещения частиц дисперсной фазы определяют линейную скорость электрофореза Wq :

где S — путь, пройденный золем за время г (время электрофореза).

При электрофорезе отношение линейной скорости к напряженности

электрического поля называют электрофоретической подвижностью:

Напряженность электрического поля Е зависит от приложенной разности потенциалов на электродах U и расстояния между ними L:

Рассмотренные уравнения справедливы при допущениях: 1) частицы движутся в однородном электрическом поле; 2) частицы могут иметь любую форму и не проводят электрический ток; 3) толщина ДЭС много меньше размеров частиц золя.

Для расчета ^-потенциала частиц, находящихся в разбавленных водных растворах при 293 К, можно использовать простое соотношение:

в котором электрофоретическая подвижность и, выражена в(тогда

^-потенциал будет иметь размерность В).

Несовпадение экспериментальных и теоретических значений объясняется релаксационным эффектом и электрофоретическим торможением.

Релаксационный эффект проявляется в нарушении симметрии диффузионного слоя вокруг частицы при относительном перемещении фаз в противоположные стороны.

Электрофоретическое торможение обусловлено сопротивлением движению частицы обратным потоком противоионов, которые увлекают за собой жидкость. В некоторых случаях несовпадение можно учесть введением поправок, иногда этим несовпадением можно пренебречь.

Скорость электрофореза зависит нс только от приложенного напряжения, но и от радиуса частиц и других факторов. Это можно учесть введением в уравнение (4.8) поправочного коэффициента к:

Поправочный коэффициент определяется экспериментально в каждом отдельном случае электрофореза.

Для примера рассмотрим данные по электрофорезу в суспензиях глин Трошковского, Никольского и Слюдянского месторождений, микрофотографии которых приведены на рис. 1.1.

Электрокинетический потенциал определяли методом подвижной границы при электрофорезе и рассчитывали по уравнению:

где S — путь;

L — расстояние между электродами;

U — разность потенциалов между электродами;

г — преимущественный радиус частицы, определяемый обычно по максимуму на кривой распределения частиц но размерам;

/(к г) — поправочная функция, учитывающая эффекты электрофоретического торможения и релаксации (табл. 4.1);

к — параметр Дебая, равный обратной величине плотной части двойного электрического слоя, то есть к = 1/6.

источник

Вопрос №26. Оптические свойства – рассеивание света. Электрические свойства: электрофорез и электроосмос. Строение двойного электрического слоя.

Оптические свойства коллоидных растворов.
Прохождение света через коллоидную систему вызывает три оптических эффекта: поглощение, отражение и рассеивание лучей. Поглощение свойственно всем системам, тогда как отражение более характерно для грубодисперсних систем (эмульсий и суспензий), где размер частиц больше, чем длина волны облучения. Поэтому, в отличие от молекулярных и ионных растворов, которые не имеют поверхности раздела фаз и оптически однородны, коллоидные растворы рассеивают свет. Это проявляется опалесценцией в виде голубоватого матового свечения при освещении боковым светом. При пропускании параллельного пучка света через коллоидный раствор наблюдается конус рассеянного света – эффект Тиндаля. По способности рассеивать свет можно определять концентрацию коллоидных частиц в растворе — метод нефелометрии.

Электрокинетические свойства коллоидных растворов.

Электроосмос – явление перемещения дисперсной среды (т.е. растворителя) относи-тельно неподвижной дисперсной фазы, которое можно наблюдать при прохождении электрического тока через U–образную стеклянную трубку, заполненную кварцевым песком и водой. В катодной части трубки наблюдается повышение уровня воды.
Электрофорез – явление перемещения коллоидных частиц относительно дисперснойсреды (растворителя), под влиянием постоянного электрического тока. Так, при прохождении электрического тока через устройство из двух стеклянных трубок, установленных в увлажненную глину, от поверхности отрываются отрицательно заряженные частицы глины,которые перемещаются к аноду. Метод электрофореза широко применяется в меди-цине для разделения Больших молекул и даже клеток. Существует много вариантов: свободный электрофорез, электрофорез на бумаге, в агаровом и полиакриламидном гелях и др.

Строение коллоидных частиц.

Считают, что коллоидный раствор состоит из мицелл, которые образуются заряженными коллоидными частицами. Заряд возникает вследствие избирательной адсорбции ионов на поверхности частиц, или за счет ионизации поверхностных функциональных групп твердой фазы. В мицелле различают три составных части: ядро, адсорбционный слой ионов и диффузионный слой ионов. Ядро составляет основную массу мицеллы и является совокупностью нейтральных атомов или молекул, общим числом сотни и миллионы единиц. На ядре адсорбируются ионы (избирательная адсорбция) которые придают ему определенный заряд,поэтому их называют потенциалообразующими. Потенциал, возникающий на ядре, получилеще название электротермодинамического и он обуславливает дальнейшее присоединение кпотенциал-образующим ионам некоторого количества других ионов с противоположнымзнаком заряда. Такой двойной электрический слой, потенциало-образующих ионов, вместе с противоионами (ионами з противоположным знаком) составляет адсорбционный слой ионов.
Часть противоионов слабо связана с потенциало-образующими ионами и свободно перемещается в растворителе, формируя диффузионный слой. Ядро вместе с адсорбционным и диф-фузионным слоями ионов и составляет мицеллу, которая в целом является электронейтраль-ной (тогда как сама коллоидная частица несет определенный заряд).

Электрокинетический потенциал и его зависимость от различных факторов. Устойчивость дисперсных систем. Устойчивость коллоидных систем. Коагуляция. Порог коагуляции и его определение. Коллоидная защита и пептизация. Коагуляция в биологических системах.

Явление, обратное осмосу, называется потенциал протекания (возникновение разности потенциалов при продавливании жидкости через пористую перегородку)

При оседании частиц в жидкости возникает разность потенциалов между разными по высоте слоями жидкости – потенциал седиментации.

Перемещение дисперсной фазы или среды под действием внешнего электрического поля или возникновение разности потенциалов при перемещении дисперсной фазы и среды относительно друг друга называют электрокинетическими явлениями. Их причина – образование двойного слоя на границе раздела дисперсной фазы и среды и как следствие – наличие заряда. Электрический заряд на границе раздела фаз может возникать или в результате избирательной адсорбции на поверхности одного из ионов растворенного электролита, или вследствие диссоциации поверхностных молекул вещества дисперсной фазы. В результате этого возникает двойной электрический слой (ДЭС).

ДЭС состоит изпрочно связанных потенциалопределяющих ионов и эквивалентного числа противоположно заряженных ионов – противоионов. Расположение противоионов определяется тепловым движением (стремиться равномерно распределить ионы по всему объему жидкой фазы), силой электростатического притяжения (стремиться удержать их вблизи поверхности раздела фаз). В результате устанавливается диффузное распределение противоионов. Потенциалопределяющие ионы создают на поверхности дисперсной фазы электрический заряд. Противоположный по знаку заряд сосредоточен в дисперсной среде. Разность потенциалов между фазой и средой – электротермодинамический потенциал (определяется свойствами данной дисперсной системы)

Поверхность, по которой происходит перемещение фазы и среды, называется поверхностью скольжения. Скачок потенциала на поверхности скольжения тесно связан с электрокинетическими явлениями и называется электрокинетическим потенциалом. Электрокинетический потенциал – часть электродинамического. Его значение определяется толщиной диффузного слоя.

Электрокинетический потенциал зависит от температуры. С повышением температуры толщина слоя возрастает, но адсорбция уменьшается, что приводит к уменьшению электродинамического потенциала, а, значит, и электрокинетического.

Дисперсные системы являются термодинамически неустойчивыми. Под устойчивостью понимается ее способность сохранять во времени все параметры без обмена энергией и веществом с окружающей средой. Для коллоидно-дисперсных систем характерна термодинамическая неравновесность из-за наличия избытка свободной поверхностной энергии, связанного с сильно развитой поверхностью раздела фаз и большим значением межфазного натяжения на поверхности раздела фаз. Устойчивость дисперсных систем зависит от состава фазы и среды, от степени дисперсности и концентрации дисперсной фазы.

Различают седиментационную и агрегативную устойчивость.

Седиментационная – устойчивость частиц к оседания под действием силы тяжести. Условие – малый размер частиц дисперсной фазы, такой, чтобы сила тяжести не превышало энергию теплового движения и возрастания энтропии системы из-за броуновского движения. Основной фактор – энтропийный. Седиментационно неустойчивые системы расслаиваются.

Агрегативная устойчивость – способность дисперсных систем сохранять размер частиц и их индивидуальность. Фактор – энтропийный, т.к. тепловое движение делает невыгодным укрупнение частиц. В агрегативно неустойчивых системах происходит укрупнение частиц (коллоидно-дисперсные системы).

Коагуляция – потеря коллоидными системами агрегативной устойчивости.

Процесс коагуляции зависит от: формы частиц, полидисперсности, концентрации частиц дисперсной фазы, температуры, концентрации электролита-коагулята.

Коагуляция может быть вызвана: концентрированием дисперсной фазы, диализом, механическим воздействием, изменением температуры, различными видами излучений, добавлением электролитов.

Минимальная концентрация электролита, по достижению которой начинается коагуляция, называется порогом коагуляции c_пор. Величина, обратная порогу коагуляции, называется коагулирующей способностью КС=1/с_пор

Процесс коагуляции можно разделить на 2 стадии: скрытую и явную. Скрытая коагуляция – стадия агрегации, при которой не наблюдается внешних изменений. (изменение осматического давления, скорости диффузии, интенсивности броуновского движения, светорассеивания, скорости электрофореза)

Явная – обнаруживается зрительно. (изменение цвета, помутнение, осадок)

Пептизация – процесс перехода свежеполученного при коагуляции осадка в золь под действием веществ, называемых пептизаторами. Механизм пептизации заключается в увеличении сил отталкивания частиц за счет расширения диффузного слоя и увеличения Электрокинетического потенциала, что приводит к дезагрегации. Химическая пептизация состоит в том, что при добавлении электролита он взаимодействует с частью осадка, в результате чего образуется пептизатор, который придает оставшимся частицам осадка заряд.

В основе свертывания крови с рассасывания тромбов лежат процессы коагуляции и пептизации.

Коллоидные ПАВ. Биологически важные коллоидные ПАВ (мыла, детергенты, желчные кислоты). Мицеллообразование в растворах ПАВ. Липосомы.

Пове́рхностно-акти́вные вещества́ (ПАВ) — химические соединения, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз, вызывают снижение поверхностного натяжения.

Основной количественной характеристикой ПАВ является поверхностная активность — способность вещества снижать поверхностное натяжение на границе раздела фаз — это производная поверхностного натяжения по концентрации ПАВ при стремлении С к нулю.

Как правило, ПАВ — органические соединения, имеющие амфифильное строение, то есть их молекулы имеют в своём составе полярную часть, гидрофильный компонент (функциональные группы -ОН, -СООН, -SOOOH, -O- и т. п., или, чаще, их соли -ОNa, -СООNa, -SOOONa и т. п.) и неполярную (углеводородную) часть, гидрофобныйкомпонент.

Примером ПАВ могут служить обычное мыло (смесь натриевых солей жирных карбоновых кислот — олеата, стеарата натрия и т. п.) и СМС (синтетические моющие средства), а также спирты, карбоновые кислоты, амины и т. п.

Детергент— вещество или смесь, помогающее отмывать что-либо от грязи, моющее средство.

Наиболее распространен вид смесей-детергентов — мыло

В состав детергентов могут входить:

Поверхностно-активные вещества, то есть вещества, уменьшающие поверхностное натяжение воды и способствующие тем самым проникновению воды в поры и между волокнами.

Же́лчные кисло́ты (синонимы: жёлчные кислоты, холевые кислоты, холиевые кислоты, холеновые кислоты) — монокарбоновые гидроксикислоты из класса стероидов.

Желчные кислоты — производные холановой кислоты С23Н39СООН, отличающиеся тем, что к её кольцевой структуре присоединены гидроксильные группы.

В желчи желчного пузыря человека желчные кислоты представлены так называемыми парными кислотами: гликохолевой, гликодезоксихолевой, гликохенодезоксихолевой, таурохолевой

хенодезоксихолевая кислота увеличивает концентрацию гликохолевой кислоты по сравнению с таурохолевой, тем самым уменьшая содержания потенциально токсичных соединений. Кроме того, оба препарата способствуют растворению холестериновых желчных камней, уменьшают количество холестерина, количественно и качественно изменяют состав желчи.

Мицеллы— частицы в коллоидных системах, состоят из нерастворимого в данной среде ядра очень малого размера, окруженного стабилизирующей оболочкой адсорбированных ионов и молекул растворителя.

Мицеллообразование– рассмотрим на примере частицы золя AgCl, полученного по реакции между разбавленными растворами AgNO_{3 в избытке} и КCl.

AgNO_{3 в избытке} + КCl à AgCl↓ + KNO₃ (+AgNO₃ изб)

В растворе образуются ультрамикрокристаллы AgCl (агрегат), которые прекращают свой рост, не достигнув размеров, достаточных для осаждения. На поверхности микрокристаллов AgCl происходит избирательная адсорбция ионов из раствора, содержащего Ag + , NO₃ — , K +

В соответствие с правилом Пескова-Фаянса на поверхности твердого адсорбента в первую очередь будут адсорбироваться те ионы, которые родственны с веществом адсорбента и способны достраивать его кристаллическую решетку — Ag + . Количество адсорбированных ионов (n) будет пропорционально заряду поверхности. Оставшиеся в растворе ионы NO₃ — образуют внешнюю обкладку двойного электрического слоя и называются противоионами. Противоионы NO₃ — частично располагаются в адсорбционном слое (n-x), остальные (x) – в диффузном слое.

[ ((AgCl)_m nAg + ) n + (n-x) NO₃] x + xNO₃ —

│←АГРЕГАТ→│ ПРОТИВОИОНЫ АДСОРБ- ПРОТИВОИОНЫ

│←————ЯДРО—————→│ ЦИОННОГО СЛОЯ ДИФФУЗНОГО СЛОЯ

Липосомы— самопроизвольно образующиеся в смесях фосфолипидов с водой замкнутые пузырьки. Их стенка состоит из одного или нескольких бислоёв фосфолипидов (слоёв толщиной в две молекулы), в которые могут быть встроены другие вещества (например, белки). Внутри липосом содержится вода или раствор. Замедляют процесс старения.

Вопрос 30 (следующий)

Титриметрический анализ. Химический эквивалент вещества. Молярная концентрация эквивалента вещества. Закон эквивалентов. Точка эквивалентности и способы её фиксирования. Ацидиметрия и алкалиметрия: титранты и индикаторы.

Титриметрический анализ (титрование) — методы количественного анализа в аналитической и фармацевтической химии, основанные на измерении объема раствора реактива известной концентрации, расходуемого для реакции с определяемым веществом. Титриметрический — от слова титр.

Титриметрический анализ использует различные типы химических реакций:

нейтрализации (кислотно-основное титрование) — нейтрализация — это реакции с изменением pH растворов.

окисления-восстановления (перманганатометрия, иодометрия, хроматометрия) — реакции, которые происходят с изменением окислительно-восстановительных потенциалов в системе титрования.

осаждения (аргентометрия) — реакции, протекающие с образованием малорастворимого соединения, при этом изменяются концентрации осаждаемых ионов в растворе.

комплексообразования (комплексонометрия) — реакции, основанные на образовании прочных комплексных соединений ионов металлов (всех, кроме одновалентных) с комплексоном III (двунатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты), при этом изменяются концентрации ионов металлов в титруемом растворе.

Титрование— процесс определения титра исследуемого вещества. Титрование производят с помощью бюретки, заполненной титрантом до нулевой отметки. Титровать, начиная от других отметок, не рекомендуется, так как шкала бюретки может быть неравномерной. Заполнение бюреток рабочим раствором производят через воронку или с помощью специальных приспособлений, если бюретка полуавтоматическая. Конечную точку титрования (точку эквивалентности) определяют индикаторами или физико-химическими методами (по электропроводности, светопропусканию, потенциалу индикаторного электрода и т. д.). По количеству пошедшего на титрование рабочего раствора рассчитывают результаты анализа

Эквивалент– реальная или условная частица вещества Х, которая в данной обменной реакции обменивает 1 однозарядный ион (Н+) или в данной ок-восст. реакции переносит 1 электрон.

Фактор эквивалентности fэкв (Х) – число, обозначающее, какая доля реальной частицы в-ва Х эквивалентна одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции или 1 электрону в данной ОВР.

Z – основность кислоты или кислотность основания; или число электронов, присоединяемых или теряемых частицей в дано ОВР

Молярная масса эквивалента вещества Х – произведение фактора эквивалентности на молярную массу вещества Х.

Молярная концентрация с – отношение количества вещества (в молях), содержащегося в растворе, к объему раствора. Единицы измерения — моль/м3, (моль /л). Раствор, имеющий концентрацию 1 моль/л, обозначают 1 М; 0,5 моль/л, обозначают 0,5 М.

Молярная концентрация эквивалентов сэк (нормальная концентрация) – это отношение количества вещества эквивалентов (моль) к объему раствора (л). Единица измерения нормальной концентрации моль/л. Например, сэк(KOH) = 1 моль/л, сэк(1/2H2SO4) = 1 моль/л, сэк(1/3 AlCl3) = 1 моль/л. Раствор в 1 л которого содержится 1 моль вещества эквивалентов, называют нормальным и обозначают 1 н.

Закон эквивалентов:

все вещества реагируют в эквивалентных отношениях.

формула, выражающая Закон эквивалентов: m1Э2=m2Э1

Точка эквивалентности (в титриметрическом анализе) — теоретическая точка, соответствующая 100%-ному оттитровыванию определяемого компонента. В некоторых случаях наблюдают несколько точек эквивалентности, следующих одна за другой, например, при титровании многоосновных кислот или же при титровании раствора, в котором присутствует несколько определяемых ионов.

На графике кривой титрования присутствует одна или несколько точек перегиба, соответствующих точкам эквивалентности.

Точкой окончания титрования (подобна точке эквивалентности, но не то же самое) считают момент, при котором индикатор изменяет свой цвет при колориметрическом титровании.

Дляфиксирования окончания титрования используют визуальные (титрование с индикатором, специфическое изменение окраски р-ра) и инструментальные методы (потенциометрические).

Индикаторы представляют собой слабые органические кислоты и основания, у которых протонированная и непротонированная формы имеют различные структуры и окраску

Алкалиметрия и ацидиметрия— важнейшие титриметрические методы определения кислот или же оснований, основанные на реакции нейтрализации:

Титрование раствором щелочи называется алкалиметрией, а титрование раствором кислоты — ацидиметрией[

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

источник