Подвійний електричний шари будова
Подвійний електричний шар. Частка суспензоіда (міцела) має складну будову. В основі її лежить нерозчинний в даній дисперсійному середовищі ядро. Поверхня ядра за рахунок вільної межфазной енергії адсорбує з навколишнього середовища іони відповідно до правила Фаянсу. Ці іони називаються потенціалобразующімі, так як повідомляють частці певний заряд. При адсорбції іонів знижується межфазная вільна енергія, що призводить систему в стійкий стан. Наприклад, для золю гідроксиду заліза потенціалобразующім іоном буде хлор-окис заліза, що утворюється за рівнянням Ре (ОН) 3 + НС1 ±: з =; Ре0С1 + 2Н20. Хлорокис дисоціює за рівнянням РеОС1з = = г Рео ++ С1. Катіони Рео + вибірково адсорбуються на поверхні колоїдного ядра, заряджаючи його позитивно. Якщо адсорбувати п іонів Рео +, то в розчині знаходиться п іонів С1. Катіон Рео + повідомляє колоїдної частинки позитивний заряд, а її противоионами є іони хлору, що знаходяться в розчині. Протівоіони відчувають на собі дві сили: електростатичну, що притягає їх до ядра колоїдної частинки, і дифузійну, яка прагне розсіяти їх по розчину. В результаті спільної дії зазначених сил стан окремих аніонів хлору неоднаково. Частина з них міцно пов'язана з ядром колоїдної частинки, утворюючи на ньому щільний адсорбційний шар (п-х). Інша частина утворює дифузний шар х - іонну атмосферу частинки. [. ]
Будова подвійного шару можна представити схемою, показаної на рис. 1.7. Іони, що знаходяться в надлишку на поверхні (звані потенціалобразующімі іонами), компенсуються противоионами. Частина іонів утримується поверхнею на порівняно близькій відстані, порядку декількох ангстрем, утворюючи так званий щільний іонний шар. Інші іони утворюють зовнішній дифузний шар, в якому в впорядковане розподіл іонів втручаються сили теплового руху. Під дією дифузії цей шар виявляється як би «розмитим» в напрямку від поверхні розділу в глибину розчину. Заряд частки обумовлений надлишком іонів якого-небудь одного знака в структурній геометричній одиниці шару. Іони, що знаходяться в надлишку, є, таким чином, пітний-ціалопределяющімі. Крім іонів, в освіті подвійного шару беруть участь молекули, що містять електричні диполі. [. ]
Будова подвійного електричного шару по Штерна і зміна потенціалу (ф0) з відстанню (х) від кордону розділу фаз.
Так як подвійний електричний шар характеризується порівняно невеликим стрибком потенціалу (частки вольта), він не може бути безпосередньо відповідальним за різниці потенціалів на кордоні лід-розчин порядку 10-102 В. Внаслідок цього Воркмен і Рейнольдс (див. В [98]) припустили, що відповідальними за електризацію не є молекулярні процеси на кордоні лід-розчин, а структурні зміни при перетворенні фаз. Відповідно до сучасних уявлень про будову води в рідкій фазі, при температурах, близьких до точки замерзання, утворюються комплекси молекул-рідкі кристали, які мають значно більші електричні моменти, ніж окрема молекула. Існування таких комплексів було експериментально підтверджено Лебом і ін. [401]. У подвійному електричному шарі, створеному рідкими кристалами на кордоні розділу лід-розчин, стрибок потенціалу може бути значно більше, ніж в подвійному шарі на поверхні розділу розчин-повітря. [. ]
Схема будови подвійного електричного шару (Л) і зміна величин
Схема будови подвійного електричного шару
При накладенні електричного поля відбувається поляризація подвійного шару, колоїдні частинки набувають дипольне будова і починають рухатися до електрода, що має заряд, протилежний за знаком заряду частинки. [. ]
На рис. 29 показана структура подвійного електричного шару щільного і дифузного будови. [. ]
На рис. 34 представлена схема будови подвійного електричного шару з теорії Штерна, яка найбільш повно задовольняє експериментальними даними. На схемі позитивні іони, що входять до складу твердої фази, утворюють внутрішню обкладку подвійного шару і є потенціалопределяющего-ські. Негативні іони (протівоіони) складають зовнішню обкладку, що складається з двох частин: щільною - поблизу поверхні (шар Штерна товщиною 6) і розмитою, що знаходиться в стані теплового руху (дифузний шар). Повний падіння потенціалу в подвійному шарі ф0 складається з падіння потенціалу в штерновском (фб) і дифузному шарах (ф). [. ]
Фільтраційне природне електричне поле обумовлено рухом підземних вод через пористі гірські породи. Своїм походженням поля такого виду зобов'язані існуванню потенціалу подвійного електричного шару на кордоні твердої і рідкої фаз гірської породи. Інтенсивність фільтраційних полів залежить від перепаду тиску в фільтруючому шарі, електричного опору фильтрующегося флюїду, глибини залягання водопроводящего горизонту, електричного опору покривають і підстилаючих фільтруючий горизонт порід, в'язкості фільтрату, а також від геометрії всієї структури гірських порід, в яких протікає процес. Фільтраційні поля виявляють хорошу і стійкий зв'язок з геоморфологической і літолого - гідрогеологічної обстановкою в регіоні, що дозволяє використовувати їх в якості картіровочного ознаки при вивченні будови верхніх частин літосфери. [. ]
Розглянемо коротко існуючі теорії подвійного електричного шару (ДЕС). Згідно найпростішої і історично першої теорії будови ДЕС, запропонованої Гельмгольцем, вказаний шар складається з двох плоских шарів зарядів, розташованих на молекулярному відстані один від іншого і взаємодіючих між собою тільки за рахунок електростатичних сил (аналогічно взаємодії в плоскому конденсаторі). Падіння потенціалу між шарами відбувається лінійно (рис. 6.2, а). [. ]
Між частинками грунту і грунтових розчином утворюється межфазовие шар, властивості якого відмінні від властивостей ґрунтового розчину в обсязі. Наявність заряду на поверхні ґрунтових частинок обумовлює виникнення подвійного електричного шару міцно адсорбованих іонів і шару дифузного, в якому щільність іонів зменшується в міру віддалення їх від поверхні розділу. Товщина шару міцно адсорбованих іонів має порядок іонного діаметра 2,7-10-10 м. Товщина дифузного шару характеризується змінною величиною (з підвищенням температури розчину зростає). Така будова адсорбційного шару обумовлює на кордоні розділу твердої і рідкої фази термодинамічний потенціал ф. Частина потенціалу між кордоном ковзання (межа між міцно адсорбованим і дифузним шаром) рідини і розчину, де заряд дорівнює нулю, називають електро-трокінетіческім або дзета-потенціалом £. Найбільші значення останнього спостерігаються в ґрунтах гідрофільних, в поглинає комплексі яких міститься багато одновалентних іонів Иа, К, Ьь Грунти ці зазвичай високодисперсних, безструктурні і мають низьку фільтраційної здатністю. [. ]
Адсорбція йоногенних полімерів на заряджених частинках, змінюючи заряд поверхні і будова подвійного електричного шару, впливає тим самим на іоноелектростатіческую складову расклинивающего тиску [51]. [. ]
У дисперсних грунтах забруднення викликають зміни будови і особливостей їх "первинного" подвійного електричного шару (ДЕС). При цьому забруднювачі-електроліти впливають на ДЕС грунтів так само, як і солі лужних і лужноземельних металів: при попаданні в грунт вони будуть взаємодіяти з іонами ДЕС і відповідно до свого зарядом, здатністю до іонного обміну і адсорбції будуть заміщати частина іонів ДЕС. [ . ]
Як вказувалося, на стійкість колоїдної системи дуже впливає стабілізатор - речовина іонного або молекулярної будови, адсорбує на ядрах частинок. При іонному стабілізаторі навколо ядер міцел виникають подвійні електричні шари, що утрудняють їх об'єднання (електричний фактор). [. ]
Поглинальна здатність цих трьох груп сполук проявляється в різному ступені і обумовлена не тільки питомою поверхнею, але і будовою колоїдів, наявністю подвійного електричного шару іонів на межі поділу між дисперсною фазою і дисперсійним середовищем. Загальна схема будови колоїду приведена на малюнку 5. [. ]
Вплив вихідної концентрації порового розчину на електрохімічний міграцію рідких вуглеводнів в глинистих ґрунтах є важливим фактором, що визначає будову і розвиток дифузійної частини подвійного електричного шару на кордоні "нефть-вода" і "вода-мінерал". У наших міркуваннях ми припускаємо, що обидві обкладки ДЕС "Н знаходяться у водній фазі, а їх центри тяжіння на різних відстанях від кордону, так як при дуже малій діелектричної проникності нафти межа розділу" вода-нафта "є непроникною для будь-якого іона [70] . [. ]
Наявність великих неоднорідних ділянок викликає поява енергетичних бар'єрів на кордоні між ними. Неоднорідність поверхні і пов'язані з нею зміни величини поверхневої енергії будуть визначати інтенсивність і характер протікання фізико-хімічних процесів на межі поділу фаз метал-середовище, таких, як адсорбція і десорбція, будова подвійного електричного шару та адгезионное взаємодія. [. ]
При визначенні електрокінетичних параметрів важливо знати вид колоїдів і зважених речовин, щодо поверхні яких ці параметри визначаються. В процесі коагуляції їх може бути три види: частинки забруднень, свіжоутвореними пластівці коагулянту і пластівці скоагульованого осаду, що представляють собою пластівці коагулянту з адсорбованими на них частинками забруднень. Саме пластівці скоагульованого осаду становлять найбільший інтерес, коли мова йде про поверхневому заряді. У них присутні частинки з зарядами обох знаків, що впливає на будову і склад подвійних електричних шарів (ДЕС), що оточують частинки скоагульованого осаду. Заряд такої мозаїчної структури і прийнятий за критерій оптимальної дози коагулянту. [. ]
Про існування сорбційних властивостей грунту, що виявляються, наприклад, в поглинанні газів, парів води або розчинених речовин твердою фазою ґрунту, знали давно. Для розуміння ролі колоїдів в освіті та функціонуванні ґрунту особливе значення має знання таких розділів колоїдної хімії, як вчення про колоїдних системах; теорія молекулярно-кінетичних явищ; вчення про поверхневі явища і теорія стійкості, коагуляції і стабілізації колоїдних систем, що включає будова частинок дисперсної фази (міцели), електричні властивості поверхневих шарів в дисперсних системах і електрокінетіче-ські явища, будова дифузних подвійних шарів на поверхнях розділу фаз і ін. [. ]