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 капиллярнопористой перегородки под действием постоянного электрического поля передвигается дисперсионная среда (электроосмос) и дисперсная фаза (электрофорез).
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 небольшой потенциал течений (~0,001-~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 рис. 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. 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).
3.3.2.
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.
Рассмотрим их подробнее.
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 2.5.7), 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 , 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.