Электрокинетические явления. Электрофорез. Эффект Дорна. Явление квинке.

Появление значительного заряда поверхности является причиной возникновения особых электрокинетических явлений, характерных только для дисперсных систем.

Электрокинетическими называют такие явления, которые возникают при воздействии электрического поля на дисперсные системы и в результате перемещения частиц дисперсной фазы или дисперсионной среды. Несмотря на различие электрокинетических явлений, все они связаны с наличием ДЭС и определяются дзета-потенциалом.

Внешнее электрическое поле вызывает такие электрокинетические явления, как электрофорез и электроосмос.

Электрофорез - это перемещение под действием электрического поля частиц дисперсной фазы относительно дисперсионной среды (рис.6.2).

1 - потенциалоопределяющий слой ионов.

2 - противоионы в адсорбционном слое.

3 - противоионы в диффузном слое.

При наложении внешнего электрического поля частицы дисперсной фазы начинают двигаться к электроду, знак которого противоположен знаку дзета-потенциала.. Движение частиц происходит по плоскости скольжения (ББ, рис.6.1).

В процессе электрофореза нарушается сферическая симметрия диффузного слоя противоионов, и он начинает двигаться в сторону, противоположную движению частиц. Противоположно направленный поток частиц диффузного слоя тормозит движение частиц. Этот эффект называют электрофоретическим торможением.

Электрофорез используют для получения новых материалов, нанесения покрытий, очистки веществ от примесей. В медицине электрофорез используют для введения лекарств. На кожу пациента накладывают тампон, смоченный раствором лекарственного препарата, а сверху электроды, к которым приложен безопасный для организма ток.

Впоследствии были обнаружены электрокинетические явления, противоположные электроосмосу и электрофорезу, и заключающиеся в появлении электрического поля в результате перемещения относительно друг друга дисперсной фазы и дисперсионной среды. Явление, обратное электроосмосу (эффект Квинке) - возникновение электрического тока при протекании жидкости через пористую диафрагму - наблюдал в 1859 г. Г. Квинке. Эффект Квинке может быть продемонстрирован на таком несложном опыте. В стеклянную трубку помещается кварцевый песок, полностью перекрывающий её просвет. Вместо песка может быт использована любая пористая диафрагма, например, стеклянная пористая пластинка фильтра Шотта. С двух сторон песка или другой диафрагмы в трубку вводятся электроды, изготовленные, например, из медной сетки или из перфорированных пластинок. Затем через трубку насосом или под действием собственной тяжести прокачивается вода. Гальванометр, присоединённый к электродам, зарегистрирует появление разности потенциалов – т. н. «потенциала протекания».

Обратное электрофорезу явление возникновения электрического тока и разности потенциалов при движении частиц (эффект Дорна) - было обнаружено в 1878 г.
Э. Ф. Дорном. Этот эффект тоже может быть показан на несложном опыте. В высокий стеклянный цилиндр с водой помещаются два кольцеобразных металлических электрода, один несколько выше дна, а другой – немного ниже поверхности воды. Если сверху в цилиндр сыпать тонкой струёй кварцевый песок, между электродами возникнет разность потенциалов – «потенциал оседания(седиментации)».

Оба эти эффекта обусловлены разрывом двойного электрического слоя по поверхности скольжения при относительном перемещении частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды, которая увлекает за собой противоионы диффузного слоя.

Эффект Дорна относится к электрокинетическим явлениям (см.) и обратен электрофорезу (см.). Он состоит в том, что при осаждении заряженных твердых частиц в неподвижной жидкости в столбе жидкости возникаетразность потенциалов, называемая также потенциалом седиментации (осаждения), препятствующая движению частиц.

Эффект Дорна может быть довольно большим — порядка 100 В; однако точное измерение этого эффекта сопряжено с большими трудностями, чем других родственных эффектов. Эффект Дорна необходимо учитывать, например, при обработке результатов ультрацентрифугирования.

Дата добавления: 2015-07-15