ЭЛЕКТРОПОВЕРХНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ

ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ ДЭС
1. Адсорбция ионов из раствора на твердой поверхности:
2. Диссоциация поверхностных соединений:
AgNO3 + KI = AgI↓+ KNO3
изб.
В растворе ионы
К+, NO3-, I-

3. Переход ионов с твердой поверхности в раствор
при установлении электрохимического равновесия:
4. Поляризация твердой поверхности внешним источником тока:
ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ ДЭС
Пример. Заряжение поверхности металлов,
электропроводящих твердых тел
μAg в пластине > μAg в растворе

Терминология ДЭС
Приготовление золя AgI с отрицательным зарядом коллоидной частицы:
AgNO3 + KI = AgI↓+ KNO3
изб.
Кристаллики AgI - частицы дисперсной фазы.
На их поверхности ионы I- - потенциалопределяющие ионы.
В растворе вблизи твердой поверхности ионы К+ - противоионы.
Ионы NO3-, имеющие такой же знак заряда, как и потенциалопределяющие - коионы, оттеснены в объем раствора.
Приготовление золя AgI с положительным зарядом коллоидной частицы:
AgNO3 + KI = AgI↓+ KNO3
изб.
Кристаллики AgI - частицы дисперсной фазы.
Ионы Ag+ - потенциалопределяющие ионы.
Ионы NO3- - противоионы.
Ионы К+ - коионы.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ, ОПИСЫВАЮЩИЙ СОСТОЯНИЕ ИОНОВ В РАСТВОРЕ

МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ ДЭС
1. Модель Гельмгольца
zie – заряд иона (с учетом знака)
е – заряд электрона
Δφ=

МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ ДЭС
2. Модель Гуи-Чепмена
ni – количество ионов
в диффузном слое;
n0i – количество тех же
ионов в объеме раствора;
k – константа Больцмана

ИЗМЕНЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ПРОТИВОИОНОВ (n-), КОИОНОВ (n+)
И ИХ СУММАРНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ (n++n-) В ДИФФУЗНОЙ ЧАСТИ
(Е.Д.Щукин, А.В.Перцов, Е.А.Амелина. Коллоидная химия, М.: Высшая школа,с.146, 2006)
n0

МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ ДЭС
3. Модель Штерна

Для плоской поверхности раздела и для симметричного электролита
Краевые условия:
1.
2.
Уравнение Пуассона
ЗАВИСИМОСТЬ ПОТЕНЦИАЛА ДИФФУЗНОГО СЛОЯ
ОТ РАССТОЯНИЯ ОТ ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТИ

ЗАВИСИМОСТЬ ПОТЕНЦИАЛА ДИФФУЗНОГО СЛОЯ
ОТ РАССТОЯНИЯ ОТ ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТИ
где
при
;

Слабозаряженные поверхности
Сильнозаряженные поверхности
(экранирование)
zeφ0 < 4kT
zeφ0 > 4kT

ФОРМУЛА МИЦЕЛЛЫ ГИДРОФОБНОГО ЗОЛЯ AgI
{ (mAgI)
nI-
(n-x)K +
}
x-
xK +

- Электрокинетический потенциал ζ
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЭС:
- Толщина плотного слоя d
- Эффективная толщина диффузного слоя δ
- Потенциал поверхности φ0
- Потенциал плотного слоя φd

СОСТОЯНИЕ ВОДЫ
ВБЛИЗИ ЗАРЯЖЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ (ζ – ПОТЕНЦИАЛ)

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
ЭЛEКТРОФОРЕЗ
ЭЛЕКТРООСМОС
ПРЯМЫЕ
(С.С.Воюцкий. Курс коллоидной химии, М.: Химия, с.170, 1975)

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
ОБРАТНЫЕ
ТОК И ПОТЕНЦИАЛ
СЕДИМЕНТАЦИИ
ТОК И ПОТЕНЦИАЛ
ТЕЧЕНИЯ

ВЫВОД УРАВНЕНИЯ ГЕЛЬМГОЛЬЦА - СМОЛУХОВСКОГО

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА СТРОЕНИЕ ДЭС

х
- ϕ
- ϕ0
0
- ζ0
- ζ1
- ζ2
0
1
2
3
ВЛИЯНИЕ ИНДИФФЕРЕНТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА ПАДЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА В ДЭС
1–3 – при добавлении
электролита
С1 < С2 < С3
0 – без электролита
{ (mAgI) nI- (n-x)K + }x- xK +
KNO3
* ИЭТ – изоэлектрическая точка

{ (mAgI) nI- (n-x)K + }x- xK +
0
К+
Rb+
Cs+
- ϕ
- ϕ0
х
ВЛИЯНИЕ ИНДИФФЕРЕНТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА ПАДЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА В ДЭС
KNO3
RbNO3
CsNO3
Одинаковая концентрация
всех трех электролитов

ЛИОТРОПНЫЕ РЯДЫ
Ряды ионов с убывающей адсорбционной способностью
называются лиотропными рядами.
Примеры:
Одновалентные катионы
Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > Li+
Двухзарядные катионы
Ba2+ > Sr2+ > Ca2+ > Mg2+
Однозарядные анионы
CNS- > I- > NO3- > Br- > Cl-

ИОННЫЙ ОБМЕН
Уравнение Никольского
ci – концентрация в двойном слое
аi – активность в растворе
Φi – адсорбционный потенциал
Катионитные смолы: -SO3-, -COO-, -C6H4O- - обмен H+ на катионы
Анионитные смолы: -NH3+, =NH2+, ≡HN+ - обмен OH- на анионы
Умягчение воды
Обессоливание воды (до 10 моль/кг)
Извлечение тяжелых металлов

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИОННОГО ОБМЕНА ДЛЯ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ

ВЛИЯНИЕ ИНДИФФЕРЕНТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, СОДЕРЖАЩИХ
ИОНЫ, СПЕЦИФИЧЕСКИ АДСОРБИРУЮЩИЕСЯ В ПЛОТНОМ СЛОЕ
-φd
+φd
-ζ0
+ζ2
{ (mAgI) nI- (n-x)K + }x- xK +
Al(NO3)3
-ζ1
+ζ3

ВЛИЯНИЕ НЕИНДИФФЕРЕНТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА ПАДЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА В ДЭС
{ (mAgI) nAg+ (n-x)NO3 - }x+ NO3-
AgNO3
ϕ
ϕ0
ϕ0(1)
ϕ0(2)
0
1
2
3
x

0
1
2
3
4
5
6
ϕ
ϕ0
ϕ0(1)
ϕ0(2)
- ϕ0(3)
- ϕ0(4)
- ϕ0(5)
х
ВЛИЯНИЕ НЕИНДИФФЕРЕНТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА ПАДЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА В ДЭС
{ (mAgI) nAg+ (n-x)NO3 - }x+ NO3-
KI

УРАВНЕНИЕ МИХАЭЛИСА
Состояние макромолекулы белка
в зависимости от рН раствора

+
+
+
+
+
+
+
_
_
_
_
_
_
_
Сдвиг ИЭТ - в щелочную область
ВЛИЯНИЕ СПЕЦИФИЧЕСКИ АДСОРБИРУЮЩИХСЯ ИОНОВ НА
ИЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ И ИЗОИОННОЕ СОСТОЯНИЕ
МАКРОМОЛЕКУЛЫ БЕЛКА
РАСТВОР
Сдвиг ИИТ - в кислую область

ЗНАЧЕНИЯ ИЗОИОННЫХ ТОЧЕК НЕКОТОРЫХ БЕЛКОВ

Электрофорез клеток
Клетки позвоночных имеют отрицательный заряд.
В гематологии:
Аналитический и препаративный клеточный электрофорез:
количественная оценка величины поверхностного заряда (судят по электрофоретической подвижности - скорости смещения при единичной напряженности электрического поля);
разделения суспензии клеток на различные фракции, что очень важно для их последующей качественной характеристики.
Электрический поверхностный заряд и электрофоретическая подвижность клеток крови не зависят от
их групповой принадлежности,
резус-фактора,
пола,
расы людей.
Электрофоретическая подвижность клеток периферической крови:
эритроциты (1,128±0,02).10-8 м2/В.с;
лимфоциты (1,025±0,014).10-8 м2/В.с;
нейтрофилы (0,884±0,024).10-8 м2/В.с;
тромбоциты (0,91 ±0,02).10-8 м2/В.с.

Исследование электрофоретической подвижности эритроцитов
периферической крови детей.
1. Установлено понижение электрофоретической подвижности эритроцитов периферической крови детей при острой респираторной вирусной инфекции и пневмонии по сравнению со здоровыми детьми, но это понижение является временным.
2. Эритроциты периферической крови у детей с заболеваниями органов пищеварения характеризуются снижением электрофоретической подвижности, что свидетельствует о физико-химических изменениях поверхностной мембраны эритроцитов на фоне интоксикации при этих заболеваниях.
3. Метод клеточного электрофореза применим в амбулаторной педиатрической практике как важный критерий диагностики с учётом его информативности и возможности определения в капиллярной крови, взятой из пальца.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
(Д.А.Фридрихсберг. Курс коллоидной химии, Санкт-Петербург: Химия,
с.219, 1995)
Электрофореграммы плазмы крови человека:
здорового больного нефритом
А – альбумин,
α,β,γ-глобулины,
Ф - фибриноген