Электрокинетический потенциал

Согласно теории диффузного строения двойного слоя, с удалением от поверхности твердой фазы в глубь раствора ионы жидкой обкладки ДЭС оказываются связанными с ней все слабее. Наконец, слой жидкости правее линии АБ (рис. 5.3 г, д) может перемещаться (в результате седиментации, броуновского движения частиц дисперсной фазы, прохождения тока), увлекая за собой оставшиеся заряды диффузной части двойного слоя. Другими словами, при относительном перемещении фаз независимо от причин, его вызвавших, происходит разрыв двойного электрического слоя на плоскости скольжения. Плоскость скольжения обычно проходит по диффузному слою, и часть его ионов остается в дисперсионной среде. В результате дисперсионная среда и дисперсная фаза оказываются противоположно заряженными, что и обусловливает возникновение на плоскости скольжения скачка потенциала (дзета) - потенциала.

Соответственно принимается, что при движении жидкой или твердой фаз относительно друг друга (например, при электроосмосе или электрофорезе) скольжение происходит не непосредственно у твердой поверхности между двумя обкладками двойного слоя, а на некотором расстоянии (линия АБ рис. 5.3 г, д), за пределами адсорбционного слоя противоионов, в диффузном слое. Ионы, находящиеся в адсорбционном слое вблизи твердой поверхности, считаются неподвижными в обычных условиях и при движении твердой фазы перемещаются вместе с ней. В результате, из-за диффузного строения слоя противоионов толщина гидродинамического слоя становится больше: ₁ > ₀ (рис. 5.3 а, г) и, таким образом, скачком потенциала на границе фаз, находящихся в движении одна относительно другой, будет не полный термодинамический потенциал , а только некоторая часть его , близкая к ₁,

 =  - ₀ или  =  - . (4.5)

Величина  носит название электрокинетического или дзета -потенциала, а , близкая к ₀ - адсорбционного потенциала.

Для большей ясности сопоставим его с -потенциалом.

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

 - потенциал представляет собой электрический потенциал в двойном слое на границе между частицей, способной к движению в электрическом поле, и окружающей жидкостью, т.е. он 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 ионов. Следовательно,  -потенциал близок, хотя и не совсем идентичен по величине, потенциалу на границе адсорбционного и диффузного слоев (при движении жидкой и твердой фаз относительно друг друга).

Термодинамически  -потенциал можно определить как работу, необходимую для переноса единичного заряда из бесконечно удаленного элемента объема раствора на поверхность скольжения. Знак  -потенциала обычно совпадает со знаком  -потенциала, но он всегда меньше последнего.

Величина -потенциала непосредственно связана с числом противоионов в диффузном слое и изменяется пропорционально ему. Поэтому логично считать, что с увеличением толщины диффузного слоя -потенциал повышается.

Действительно, как видно из рис. 5.3, величина -потенциала тесно связана с толщиной диффузного слоя ионов и обычно она тем больше, чем больше размыт слой. Если слой предельно сжат (т.е.  = ), то  = 0.

Электрокинетический потенциал невозможно непосредственно измерить. Его вычисляют из опытных данных по скорости относительного перемещения фаз, используя уравнение

, (5.6)

где  - коэффициент вязкости, D - диэлектрическая постоянная дисперсионной среды; U - скорость относительного перемещения фаз; Н - градиент потенциала электрического поля. Коэффициент 4 применяют для плоской формы конденсатора. Для шарообразных частиц его заменяют на 6. Таким образом, экспериментально определяют скорость переноса жидкости при электроосмосе или скорость электрофоретического перемещения коллоидных частиц при определенной, извне приложенной разности потенциалов, а затем по указанному уравнению (5.6) вычисляют -потенциал.