- •Коллоидная химия
- •Печатается по рекомендации Методического совета и по решению Редакционно-издательского совета Хакасского государственного университета им. Н. Ф. Катанова
- •Оглавление
- •Введение
- •Лекция 1. Дисперсные системы
- •1.1. Предмет коллоидной химии
- •1.2. Количественные характеристики дисперсных систем
- •1.3. Классификация дисперсных систем
- •Классификация по дисперсности
- •Классификация по агрегатному состоянию фаз
- •Классификация по взаимодействию дисперсной фазы и дисперсионной среды (по межфазному взаимодействию)
- •Классификация по межчастичному взаимодействию
- •1.4. Краткий исторический очерк
- •Лекция 2. Поверхностные явления
- •2.1. Природа поверхностной энергии
- •2.2. Поверхностное натяжение
- •2.3. Самопроизвольные процессы в поверхностном слое
- •2.4. Адсорбция. Общие положения, классификация
- •Лекция 3. Виды адсорбции
- •3.1. Адсорбция на границе «жидкий раствор – газ». Поверхностно-активные вещества
- •3.2. Адсорбция газов и паров на поверхности твердых тел. Капиллярная конденсация
- •3.3. Адсорбция растворенного в жидкости вещества на твердом адсорбенте. Смачивание. Адгезия
- •Лекция 4. Лиофобные золи (коллоидные растворы)
- •4.1. Методы получения лиофобных золей
- •4.1.1. Диспергационные методы
- •4.1.2. Конденсационные методы
- •4.1.3. Пептизация
- •4.2. Методы очистки коллоидных растворов
- •4.2.1. Диализ
- •4.2.2. Электродиализ
- •4.2.3. Ультрафильтрация
- •4.2.4. Обратный осмос
- •Лекция 5. Оптические и молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов
- •5.1. Оптические свойства коллоидных растворов
- •5.1.1. Рассеяние света
- •5.1.2. Поглощение света и окраска золей
- •5.1.3. Оптические методы исследования коллоидных растворов
- •5.2. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов
- •5.2.1. Броуновское движение
- •5.2.2. Диффузия
- •5.2.3. Осмотическое давление
- •Лекция 6. Электрические свойства коллоидных растворов
- •6.1. Электрокинетические явления в гидрофобных золях
- •6.2. Пути образования двойного электрического слоя
- •6.3. Строение двойного электрического слоя
- •6.4. Факторы, от которых зависит дзета-потенциал
- •Лекция 7. Устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция
- •7.1. Седиментационная устойчивость дисперсных систем
- •7.2. Агрегативная устойчивость коллоидных растворов. Коагуляция
- •7.3. Факторы устойчивости лиофобных золей
- •7.4. Теория устойчивости лиофобных золей
- •7.4.1. Электростатические силы отталкивания
- •7.4.2. Ван-дер-Ваальсовы силы притяжения
- •7.5. Виды коагуляции электролитами
- •7.6. Гетерокоагуляция и гетероадагуляция
- •Лекция 8. Лиофильные системы. Микрогетерогенные системы
- •8.1. Лиофильные системы
- •8.1.1. Растворы коллоидных поверхностно-активных веществ
- •8.1.2. Растворы высокомолекулярных соединений
- •8.2. Микрогетерогенные системы
- •8.2.1. Суспензии
- •8.2.2. Эмульсии
- •8.2.3. Пены
- •8.2.4. Аэрозоли
- •Заключение
- •Библиографический список
- •Горенкова Галина Алексеевна
- •Коллоидная химия
- •655017, Г. Абакан, пр. Ленина, 94
6.3. Строение двойного электрического слоя
Существует несколько теорий строения ДЭС, среди которых наиболее значительны теория Гельмгольца-Перрена (1879 г.), теория Гуи-Чэпмена (1910–1913 гг.), теория Штерна (1924 г.).
Отличие между этими теориями сводится в основном к различному толкованию структуры слоя противоионов.
Современные представления о строении ДЭС:
ДЭС образован потенциалопределяющими ионами, находящимися на поверхности твердой частицы и эквивалентным количеством противоионов, находящихся в дисперсионной среде вблизи поверхности твердой частицы.
Потенциалопределяющие ионы прочно связаны с твердой частицей хемосорбционными силами и равномерно распределены по ее поверхности.
Слой противоионов, компенсирующих заряд твердой поверхности, имеет сложное строение и состоит из двух частей: плотного слоя (адсорбционного слоя или слоя Гельмгольца) и диффузного слоя (слоя Гун).
Адсорбционный слой противоионов примыкает к заряженной поверхности твердой частицы и имеет толщину порядка диаметра гидратированного противоиона d. Те противоионы, которые находятся в этом пространстве, называются адсорбционными противоионами. Они связаны с заряженной твердой частицей двумя видами сил – адсорбционными и электростатическими. Эта связь является настолько прочной, что противоионы адсорбционного слоя перемещаются вместе с твердой частицей, не отрываются от нее, образуя с ней единое кинетическое целое – коллоидную частицу. Противоионы адсорбционного слоя равномерно распределены в слое, поэтому падение потенциала происходит линейно и равно φd.
Диффузный слой имеет толщину δ, его образуют те противоионы, которые находятся от заряженной поверхности на расстоянии, большем d, но в пределах расстояния δ. Эти противоионы притягиваются к частице только электростатическими силами, а следовательно, менее прочно, чем противоионы адсорбционного слоя. При движении твердой частицы они от нее отрываются. На противоионы диффузного слоя большое влияние оказывает тепловое движение, которое стремится распределить их равномерно по всему объему системы. Его действие тем сильнее, чем дальше от заряженной поверхности находятся противоионы. Это приводит к установлению динамического равновесия в диффузном слое. Так как противоионы в диффузном слое распределены неравномерно, то и падение потенциала в нем (φδ) происходит также неравномерно – по какой-то криволинейной зависимости.
Полное падение потенциала в ДЭС называется термодинамическим потенциалом φ0:
.
Таким образом, в ДЭС происходит полная компенсация суммарного заряда твердой поверхности суммарным зарядом противоионов и на границе ДЭС с дисперсионной средой потенциал равен нулю.
Схема строения ДЭС представлена на рис. 6.5.
Электрически нейтральную коллоидную частицу называют мицеллой. Строение мицеллы лиофобного золя AgCl можно представить в виде формулы:
,
где n – число молекул, образующих дисперсную частицу; m – число потенциалопределяющих ионов; (m–х) – число противоионов адсорбционного слоя; х – число противоионов диффузного слоя.
При движении частицы двойной электрический слой разрывается. Место разрыва при перемещении твердой и жидкой фаз относительно друг друга называется плоскостью скольжения или границей скольжения. На рис. 6.5 плоскость скольжения обозначена линией АВ. Плоскость скольжения лежит или на границе между диффузным слоем и адсорбционным слоем, либо в диффузном слое, но вблизи этой границы.
Рис. 6.5. Строение
двойного электрического слоя
Дзета-потенциал является важнейшей характеристикой ДЭС: он определяет скорость относительного перемещения дисперсной фазы и дисперсионной среды, интенсивность электрокинетических явлений, устойчивость золей и т. д.
Величина дзета-потенциала определяется:
величиной термодинамического потенциала φ0 и характером падения потенциала в ДЭС;
характером движения жидкости вблизи твердой поверхности (он определяет местонахождение плоскости скольжения).