Электротермодинамический (j) и электрокинетический (дзета-) потенциалы

При соприкосновении твердого тела с жидкостью, за счёт адсорбции ионов на границе твердое тело-жидкость образуется ДЭС. Образование ДЭС приводит к появлению потенциалов на границе раздела фаз. Адсорбированные ионы придают поверхности свой заряд и создают поверхностный или j-потенциал (см.рис.3 б). Величина этого потенциала определяется числом зарядов адсорбированных ионов. Её невозможно измерить, но можно вычислить по уравнению В.Нернста:

где F = N_A.e - число Фарадея; - постоянная Больцмана; а_о - активность ионов на поверхности, а а_р- активность ионов в растворе.

Электротермодинамический (фи-) потенциал не зависит от концентрации электролита и характеризует природу поверхности частиц. Его можно рассмат-ривать как работу, которую нужно совершить, чтобы перенести элементарный заряд от бесконечно удаленной точки объема раствора к поверхности твердой фазы.

Разность потенциалов между подвижным (диффузным) и неподвижным (адсорбционным) слоями называют дзета- или электрокинетическим потенциалом (см. рис. 3б). Он представляет собой электрический потенциал на границе гранула-жидкость и является потенциалом поверхности скольжения. z-потенциал можно рассматривать как работу, необходимую для переноса элементарного заряда из бесконечно удаленной части объема раствора к поверхности скольжения. Знак дзета-потенциала совпадает со знаком j-потенциала. z-потенциал является частью электротермодинамического потенциала и всегда меньше его.

z-потенциал зависит от скорости движения фаз, вязкости раствора, природы фаз, концентрации электролита. Величина дзета-потенциала связана с числом противоионов в диффузном слое. С увеличением толщины (общего заряда противоионов) диффузного слоя дзета-потенциал повышается. Величину z-потенциала можно измерить, т.к. он относится к частице и обуславливает её подвижность в электрическом поле. По направлению частиц к электроду можно определить и знак дзета-потенциала.

Величина и знак j- и z-потенциалов зависят от температуры, разведения, добавления электролитов, рН среды. В области умеренного повышения температуры кинетическая энергия противоионов увеличивается, в результате чего часть их из адсорбционного слоя переходит в диффузный слой. Это увеличивает толщину диффузного слоя, значит и дзета-потенциала. В дальнейшем наблюдается

Рис.4. Зависимость j- и z-потенциалов от температуры и разведения

десорбция потенциалопределяющих ионов и уменьшение j- и z-потенциалов. В результате устой-чивость золя снижается. При разведении вследствие понижения общей концентрации электролита во всем объеме раствора часть противоионов переходит в диффузный слой. В результате z-потенциал сначала увеличивается. Далее наблюдается десорбция потенциалопре-деляющих ионов, что приводит к снижению j- и z-потенциалов.

Благодаря наличию z-потенциала на границе скольжения одноименно заряженные частицы электростатически отталкиваются друг от друга. Это снижает агрегацию и осаждение частиц. Таким образом, z-потенциал является одним из основных факторов (количественной мерой) агрегативной устойчивости коллоидных растворов.