Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
В целом весь комплекс потенциалопределя-ющих ионов и противоионов, являющийся электронейтральным, называется мицеллой. Мицелла состоит из ядра и ионогенной части, образованной двумя ионными слоями — адсорбционным и диффузным.
Для удобства мицеллы изображают в виде так называемых коллоидно-химических мицеллярных формул. Например, мицелла золя кремниевой кислоты имеет вид
гранула (частица)
{(5Ю2)я-пЗЮ]" ¦2(п-хМ + ]2хП + ядро
4 ---у--,-
мицелла
При гидролизе разбавленного раствора РеС13 получается коллоидный раствор гидроксида железа (III), который, взаимодействуя с анионами хлора, образует РеОС1, являющийся ионным стабилизатором. Далее РеОС1 диссоциирует с образованием ионов
Поверхность скольжения
Рис. 36. Схема строения мицеллы кремниевой кислоты:
(—) — потенциалопределяющне ионы БЮ^-
(+) — протнвоионы Н+; т — число молекул БЮг-уНуО в ядре; а — адсорбционный слой; б — диффузный слой противоионов; / — ядро; 2 — коллоидная частица; 3—мицелла
147
РеО+ и С1~. Ионы РеО+ являются потенциалопределяющими. Отсюда мицеллярная форма золя гидроксида железа (III) (рис. 37)
і ринули (часі ица)
!„,[Ре(ОП).1.„РеО" .С«-х)Сг} хС1
Поверхность скольжения
В обобщенном виде строение любой мицеллы гидрофобного золя можно выразить:
[т [ядро] пК+ (п — х) А—} + хк— (положительно заряженная мицелла) {т [ядро] лА— (л — х) К+}~ хК+ (отрицательно заряженная мицелла)
где К+— катионы; А" — анионы; п — число потенциалопределя-
ющих ионов; х — число ионов диффузного слоя; т — число нейтральных атомов или молекул в ядре.
Многие коллоидно-химические процессы, протекающие на границе раздела фаз, обусловлены наличием двойного электрического слоя (рис. 38). Современная теории двойного электрического слоя, объединяющая ранее предложенные схемы Гельмгольца — Перрена и Гуи — Чепмена, предусматривает, что ионы имеют вполне определенные размеры, в силу чего центры ионов не могут находиться на поверхности твердой' фазы ближе, чем на расстоянии ионного радиуса. Наряду с этим теория учитывает неэлектрическое взаимодействие ионов с поверхностью твердой фазы, связанное с наличием на некотором малом расстоянии от поверхности поля молекулярных (адсорбционных) сил.
Согласно принятой теории слой противоионов состоит из двух частей. Одна часть противоионов, находящаяся в непосредственной близости (на расстоянии порядка десятых долей нм), притягивается к поверхности как электростатическими, так и адсорбционными силами, т. е. образует плоский конденсатор. Этот слой, характеризующийся резким падением электрического потенциала, назы-
Рис. 37. Схема строения мицеллы гидроксида железа:
(+) — потеициалопределяющие ионы РеО+; (—) — противоиоиы С1-; т — число молекул Ре(ОН)3 в ядре; а — адсорбционный слой; б— диффузный слой противоионов; 1 — ядро; 2 — коллоидная частица; 3 — мицелла
> * 1
1 \ ^* V - А + \ + \ + А- + -гЧ + -+ +\+ +
I 1
»л У ¦ V ? + г. + + +
а б 4
Рис. 38
вают гельмгольцевским или адсорбционным. Другая часть противоионов, необходимая для компенсации потенциалопре-деляющих ионов и находящаяся за адсорбционным слоем, образует диффузную часть. Эту часть двойного слоя, характеризующуюся медленным падением потенциала, называют также слоем Гуи.
Слой раствора с измененными концентрациями ионов вблизи поверхности называется диффузным.
Неподвижный адсорбционный слой содержит не все противоионы, а поэтому в этом слое в результате взаимодействия положительных зарядов остается нейтрализованной часть общего потенциала поверхности твердой фазы.
Экспериментально установлено, что при движении твердой и жидкой фаз относительно друг друга скольжение жидкости происходит не у твердой поверхности, а в самой жидкости по плоскости, представляющей собой границу между адсорбционными и диффузионным (подвижным) слоем жидкости. При этом на границе создается разность потенциалов, называемая электрокинетическим или дзета-потенциалом (^-потенциалом).
Таким образом, электрокинетический потенциал — потенциал границы скольжения фаз, определяемый как разность потенциалов между адсорбционным слоем жидкости, неподвижно связанным с поверхностью твердой фазы, и всей остальной (подвижной) массой жидкости.
Полное падение потенциала ф0 складывается из падения потенциала ф<^ в диффузной части двойного слоя и разности потенциалов ,(фо—фй) между обкладками конденсатора. Как видно из рис. 38, электрокинетический потенциал является частью термодиначеского (общего) потенциала.
Приведенная толщина диффузионного слоя б, по данным Д. А. Фридрихсберга, уменьшается линейно с ростом^с, где с — равновесная концентрация электролита в растворе. При заряде иона, равном единице, и температуре 300 К конкретные значения приведенной толщины диффузного слоя б в водных растворах следующие:
Схема двойного электрического слоя и изменение его потенциала:
1 — потеициалопределяющие ионы; 2-— кротивоио-ны; 3 — граница (плоскость) скольжения; 4 — подвижный (диффузный) слой Гуи; а — адсорбционный слой; 6 — приведенная толщина диффузионного слоя
