Электрические свойства коллоидных растворов кратко

Обновлено: 04.07.2024

Гетерогенные системы из двух или более фаз с сильно развитой поверхностью раздела между ними получили название дисперсных систем. Вещество, которое в дисперсной системе образует сплошную фазу, называется дисперсионной средой, а то (или те), что рассеяно в

среде в виде частиц, капель или пузырьков, — дисперсной фазой. Дисперсные системы с частицами размером более 100 нм называют грубодисперсными или взвесями. Системы с частицами меньших размеров (от 1 до 100 нм) называют коллоидными. Если дисперсионная среда газообразна, то дисперсная система является аэрозолем или аэрогелем (туманы, дымы). К системам с жидкой дисперсионной средой относят суспензии, эмульсии, пены и др. Существуют также дисперсные системы с твердой дисперсионной средой: гетерогенные сплавы, стекла, пеноматериалы.

Коллоидные растворы.

Коллоидное состояние характерно для многих веществ в природе. Широко распространены коллоидные системы, в которых дисперсионная среда — жидкость; их называют золями или коллоидными растворами. Водные коллоидные растворы играют важную роль в теплоэнергетике: водоподготовка, очистка сточных вод и т. п.

Коллоидные частицы и мицеллы. Коллоидная частица состоит из ядра, адсорбирующего из окружающей среды ионы одного вида. Эти ионы называют зарядообразующими, их химическая природа близка химической природе ядра коллоидной частицы. Например:

Ядро коллоидной частицы с адсорбированными зарядообразующими ионами притягивает к себе из среды ионы противоположного знака заряда. Зарядообразующие ионы и противоионы гидратированы и поэтому вместе с ними в коллоидную частицу приходит вода, молекулы которой создают гидратную оболочку. Весь этот комплекс перемещается в растворе как единое целое, его и называют коллоидной частицей. В состав коллоидной частицы входит только часть имеющихся в системе противоионов, их называют связанными. Другая часть противоионов остается в дисперсионной среде (в жидкой фазе). Эти противоионы называют свободными. Они дают заряд дисперсионной среде. Все

Рис. VI.4. Эффект Тиндаля

сочетание, состоящее из коллоидной частицы и эквивалентной ей части дисперсионной среды (гидратированных свободных противоионов), называют мицеллой. Мицеллу считают структурной единицейколлоидного раствора.

Примерный состав коллоидных частиц и мицелл золей при адсорбции ионов из раствора из раствора из раствора

Оптические свойства коллоидных растворов.

Если рассматривать путь светового луча, проходящего через совершенно прозрачный коллоидный раствор, сбоку на темном фоне, то он становится видимым. Этот оптический эффект называется конусом Тиндаля (рис. VI.4). Он вызывается рассеянием света частицами дисперсной фазы коллоидного раствора и является следствием коллоидной степени дисперсности этих частиц. При сильном увеличении каждая частица в конусе Тиндаля кажется светящейся точкой. Размеры и форму частиц нельзя установить, можно лишь подсчитать их число.

Частицы дисперсной фазы золей по своим размерам меньше длин волн лучей видимого света. Поэтому они рассеивают свет, причем довольно интенсивно, но не отражают его. Частицы в грубодисперсных системах отражают свет, их величину и форму часто можно установить без оптического увеличения.

Кинетические свойства коллоидных растворов.

Для коллоидных растворов характерно движение частиц дисперсной фазы, вызываемое беспорядочными ударами со стороны молекул среды, находящихся в тепловом движении. Его впервые наблюдал шотландский

Рис. VI.5. Броуновское движение коллоидных частиц

ботаник Броун. Именно поэтому движение частиц дисперсной фазы в дисперсной среде золя называется броуновским.

Если частица велика, то она испытывает одновременно множество ударов со всех сторон, в результате чего эти удары взаимно уравновешиваются. Если же частица мала, то число ударов, наносимых ей, гораздо меньше и полное взаимное уравновешивание их маловероятно. Частица коллоидной степени дисперсности, как очень малая, никогда не испытывает одинаково сильных и частых ударов со всех сторон, и в одно мгновение более сильным оказывается удар с одной стороны, а в следующее мгновение — с другой. В результате направление движения каждой частицы подвергается непрерывному и притом беспорядочному изменению (рис. VI.5).

Изучение броуновского движения показало, что кинетические свойства коллоидных растворов близки кинетическим свойствам истинных растворов. Однако скорости перемещения частиц в коллоидных растворах меньше, чем в истинных (это связано с размерами частиц).

Кроме того, движение частиц молекулярной степени дисперсности нельзя наблюдать в микроскоп.

Электрические свойства коллоидных растворов.

В 1909 г. проф. Московского университета Ф. Ф. Рейсс наблюдал воздействие постоянного электрического тока на диспергированную в воде глину и на этом основании описал электрические свойства коллоидных растворов. Часткцы дисперсной фазы (глины) направленно перемещались к аноду, где вследствие их большого скопления наблюдалось помутнение раствора. Частицы же дисперсионной среды (воды) направленно перемещались к катоду, где наблюдалось повышение уровня прозрачной жидкости (рис.

VI.6). Направленное движение частиц к электродам говорило об их заряде, причем стало ясным, что дисперсная фаза несет на себе заряд, противоположный по знаку заряду среды. Движение частиц дисперсной фазы к одному из электродов при пропускании через золь постоянного электрического тока получило название электрофореза, а движение частиц дисперсионной среды — электроосмоса.

Итак, электрофорез и электроосмос обусловлены наличием разноименного

Рис. VI.6. Явление электрофореза

заряда у частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды. На границе раздела фаз возникает скачок потенциала, называемый электрокинетическим или -потенциалом.

6.1. Электрокинетические явления в гидрофобных золях

Электроосмос – это явление переноса дисперсионной среды через неподвижную капиллярно-пористую перегородку под действием внешнего электрического поля (рис 6.1.).

Электрофорез – это явление переноса частиц дис­персной фазы под действием внешнего электрического поля (рис 6.2.).


Рис. 6.1. Схема электроосмоса


Рис. 6.2. Схема электрофореза


Рис. 6.4. Схема возникновения потенциала седиментации


Рис. 6.3. Схема возникновения потенциала течения

Потенциал течения – это явление возникновения разности потенциалов на электродах, расположенных по обеим сторонам неподвижной капиллярно-пористой перегородки при продавливании через нее жидкости (рис 6.3.).

Потенциал седиментации – это явление возникно­вения потенциалов на электродах, расположенных на разной высоте в сосуде, в котором происходит оседание частиц дисперсной фазы (рис 6.4.).

Электроосмос, электрофо­рез, потенциал течения и потенциал седиментации объе­диняют под общим названием электрокинетические яв­ления, поскольку они связаны с электрическим полем и полем скоростей (кинетическим полем).

Эти явления находят широкое применение: электро­осмос – для ускорения сушки торфа, древесины и пр., дубления кожи, очистки дисперсионной среды золей, а также воды, пропитки материалов различными компози­циями, в электрохимических приборах и т. д.; электро­форез – для получения чистого каолина из глинистой суспензии, нанесения покрытий на поверхности слож­ных конфигураций, например, грунтовки кузовов авто­мобилей, для обезвоживания, в медицине как метод вве­дения лекарственных средств в организм человека и т. д.

С явлениями потенциала течения и потенциала седиментации приходится считаться в производствах, в которых осуществляется транспортировка жидкостей, осаждение суспензий и эмульсий при разделении фаз и т. д. На концах трубопроводов и аппаратов могут возникать высокие разности потенциалов, которые являются причиной искровых разрядов, вызывающих по­жары и взрывы.

Очевидно, что причина электрокинетических явлений заключена в противоположности знаков зарядов твердой частицы и жидкой дисперсионной среды. С современной точки зрения на поверхности твердой фазы существует двойной электрический слой (ДЭС).

6.2. Пути образования двойного электрического слоя

Возможны два принципиально разных пути образования ДЭС – избирательная адсорбция поверхностью твер­дой частицы ионов из дисперсионной среды и ионизация поверхностных молекул твердой частицы.

1. Избирательная адсорбция. Здесь возможны два случая:

а) избирательная адсорбция ионов, способных достраивать кристаллическую решетку частицы дисперсной фазы.

В соответствии с правилом Панета-Фаянса, на поверхности твердой частицы, избиратель­но адсорбируются ионы, которые изоморфны с ней, и придают частице соответствующий заряд. Одновременно прилегающая к частице жидкая среда приобретает противоположный заряд, т. е. возникает ДЭС. Ионы, которые придают заряд твердой частице, называются потенциалопределяющими, противоположно заряженные – противоионами;

б) избирательная адсорбция без достройки кристаллической решетки. Этот случай имеет место, когда в растворе имеются ионы, обладающие большой адсорбционной способностью – H + или OH – . Примером может служить возникновение ДЭС на границе: частицы твердого парафина – водный раствор щелочи. ДЭС образуется в результате избирательной адсорбции ионов OH – .

2. Ионизация поверхностных молекул твердой частицы. Здесь также возможны два случая:

а) в случае гидрозолей металлов в раствор переходят катионы металлов, твердая поверхность заряжается отрицательно, а дисперсионная среда положительно (подобно тому, как это происходит при возникновении электродного потенциала);

б) в случае некоторых оксидов, кислот, белков и т. д. с твердой поверхности в дисперсионную среду переходят ионы одного заряда, ионы с противоположным зарядом остаются на твердой частице и являются потенциалопределяющими. Аналогичная картина наблюдается при помещении стекла в водный раствор, так как основу стекла составляют силикаты.

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ХИМИИ
Коллоидные растворы (часть 2)
1. Электрические свойства коллоидных растворов
2. Молекулярно-кинетические свойства
коллоидных растворов.
3. Оптические свойства коллоидных растворов.
Лектор: Ирина Петровна Степанова, зав. кафедрой химии, доктор
биологических наук, профессор

2. Электрические свойства коллоидных растворов

• Наличие электрического заряда на
коллоидных частицах впервые было
установлено Ф.Ф. Рейссом (1807г.).
• Опыт Рейсса заключался в следующем:
В слой влажной глины помещали две
стеклянные трубки заполненные водой.
В трубки опускали электроды,
подключенные к источнику постоянного
тока.

3. Электрические свойства коллоидных растворов

Через некоторое время
под действием
электрического поля в
анодной трубке
наблюдалось понижение
уровня и помутнение
вследствие появления
суспензии из частиц
глины .
В катодной трубке
уровень воды
повышался.

4. Электрические свойства коллоидных растворов

Результаты опыта свидетельствовали о
том, что коллоидные частицы глины несут
отрицательный заряд, так как перемещаются
к положительно заряженному электроду –
аноду.

5. Электрические свойства коллоидных растворов

Перемещение дисперсной фазы или
дисперсионной среды под действием
внешнего электрического поля называют
электрокинетическими явлениями.
Причина электрокинетических явлений –
образование ДЭС на границе раздела
дисперсной фазы и дисперсионной среды и,
как следствие, наличие электрического
заряда у частиц дисперсной фазы и
дисперсионной среды.

7. Электрические свойства коллоидных растворов

Направленное движение частиц
дисперсной фазы относительно
неподвижной дисперсионной среды
под действием внешнего
электрического поля называют
электрофорезом, а перемещение
дисперсионной среды относительно
неподвижной дисперсной фазы –
электроосмосом.

9. Электрические свойства коллоидных растворов

10. Уравнение Гельмгольца-Смолуховского:

0
U0
k l
где U0 – скорость электрофореза, м/с;
ε – относительная диэлектрическая проницаемость
среды;
ε0 – электрическая постоянная, 8,9∙10-12 А с/В м;
Δφ – разность потенциалов, В;
ζ – электрокинетический потенциал, В;
k – коэффициент, зависящий от формы частиц;
η – вязкость дисперсионной среды, Н с/м2 ;
l –расстояние между электродами, м;

11. Электрические свойства коллоидных растворов.

Явления электрофореза и электроосмоса
позволяют определять знак и величину
заряда дисперсных частиц.
Установлено что поверхность биомембран
несет отрицательный заряд.

12. Электрические свойства коллоидных растворов

Электрофорез широко используется в
биологии и медицине:
•для диагностики многих заболеваний;
•разделения аминокислот;
•изучения ферментов, антибиотиков и других
объектов.
Явления электроосмоса используют:
•для снятия отеков;
•в технике – для осушения болотистых
участков местности.

13. Молекулярно-кинетические свойства коллоидных растворов

Молекулярнокинетические
свойства
обусловлены
хаотическим
тепловым
движением частиц.
К ним относятся:
•броуновское
движение частиц
•диффузия
•осмос
•седиментация

15. Броуновское движение

Броуновское движение –
беспрерывное, хаотичное движение
частиц. Его интенсивность зависит
от размера частиц, вязкости среды,
температуры.

16. Молекулярно- кинетические свойства

17. Диффузия

Диффузия – процесс самопроизвольного
выравнивания концентрации
диспергированного вещества под влиянием
теплового хаотичного движения частиц.
Скорость диффузии коллоидных частиц (из-за
больших размеров) во много раз меньше
скорости диффузии молекул и ионов
низкомолекулярных веществ.
Поэтому по скорости диффузии можно
определить радиус и степень дисперсности
коллоидных частиц.

18. Осмос

Осмос – это односторонняя
диффузия молекул чистого
растворителя через
полупроницаемую мембрану
из раствора с меньшей
концентрацией в более
концентрированный раствор.

20. Oсмотическое давление

Осмотическим давлением раствора
измеряется минимальным
гидростатическим давлением,
которое нужно приложить к мембране
со стороны раствора, чтобы осмос
прекратился.
Конц. раствор
Полупроницаемая
мембрана
Разб.
раствор

21. Осмос

Осмотическое давление определяется
законом Вант-Гоффа:
π
= КБ · Сν · Т
π – осмотическое давление [Па]
КБ - константа Больцмана,
КБ = 1,38 · 10-23 [Дж· К-1]
Сν - частичная концентрация частиц
золя [м-3];
Т - абсолютная температура [К].

23. Осмотическое давление

Осмотическое давление коллоидных
растворов имеет особенности:
- является низким (из-за больших
размеров частиц и низкой
концентрации);
- меняется во времени (из-за
агрегации коллоидных частиц).

26. Седиментация

Седиментацией называется
оседание коллоидных частиц
под действием сил разной
природы (гравитационной,
центростремительной и др.).

27. Седиментация

Состояние системы, при котором сила тяжести и сила
диффузии уравновешивают друг друга называется
седиментационным равновесием.
Молекулы растворителя
препятствуют оседанию
Коллоидные частицы
оседают под действием
силы тяжести

28. Седиментационное равновесие

n0 – общее число коллоидных частиц;
nh - число коллоидных частиц на высоте h;
NA=6,02 ·1023 моль-1; постоянная Авогадро
m – масса частиц [кг];
g – ускорение свободного падения.
g = 9,8 м · c-2;
h – высота [м];
R – универсальная газовая постоянная
T - абсолютная температура [К].

29. Седиментация

Из уравнения следует, что с увеличением высоты
концентрация коллоидных частиц уменьшается (более
выражена эта зависимость для тяжелых частиц).
Способность дисперсной
системы сохранять
равномерное распределение
частиц по всему объему
называется
седиментационной или
кинетической
устойчивостью.

31. Седиментация

Биологические жидкости организма –
кровь, спинномозговая жидкость, лимфа,
слюна и др. – это сложные растворы,
содержащие ионы электролитов, коллоидные
частицы и макромолекулы ВМВ.
Цельную кровь можно рассматривать как
дисперсную систему, в которой форменные
элементы:
эритроциты,
лейкоциты,
тромбоциты составляют ДФ, а плазма – ДСр.

32. Седиментация

Эритроциты достаточно крупные частицы.
В норме они седиментируют с
определенной скоростью (СОЭ).
При патологии биохимический состав
крови меняется.
Эритроциты сорбируют
крупные молекулы белков,
их
масса увеличивается и
поэтому
СОЭ возрастает.

33. Оптические свойства коллоидных растворов

Для коллоидных растворов
диаметр частиц примерно
равен длине волны
падающего света.
В этом случае преобладает
дифракционное рассеяние света,
так как каждая коллоидная
частица становится вторичным
источником света.

35. Оптические свойства коллоидных растворов

При боковом освещении коллоидного
раствора образуется светящийся конус,
получивший название конуса Тиндаля-Фарадея.

42. Оптические свойства коллоидных растворов

Математически рассеяние света выражают
уравнением Рэлея:
I = I 0 k С ν V2 / λ 4
I - интенсивность рассеяного света;
I0 - интенсивность падающего света;
Сν - частичная концентрация коллоидных частиц
[м-3];
V – объем одной коллоидной частицы [м3];
λ – длина волны падающего света [м];
k – константа, зависящая от показателей
преломления ДСр и ДФ.

43. Оптические свойства коллоидных растворов

Из уравнения Рэлея следует, что интенсивность
светорассеяния обратно пропорционально длине волны.
Какая часть спектра лучше рассеивается?
Ответ: Лучше рассеивается коротковолновая часть
спектра (синяя и фиолетовая), хуже – длинноволновая
(оранжево-красная).

44. Оптические свойства коллоидных растворов

Визуально наблюдают опалесценцию, т.е. окраска
коллоидных растворов в рассеянном свете (при
рассмотрении сбоку) и в проходящем свете неодинакова.
Конус Тиндаля при рассмотрении сбоку имеет голубой
оттенок, на просвет – красный.
Оптические явления лежат в основе методов изучения
дисперсных систем – нефелометрии и ультрамикроскопии.

45. Оптические свойства коллоидных растворов

Нефелометрия
– метод, используемый
для изучения дисперсных
систем по интенсивности
рассеянного света,
которая прямо
пропорциональна
частичной концентрации
коллоидных частиц.

46. Оптические свойства коллоидных растворов

Коллоидные частицы
видны только в
ультрамикроскоп
(прибор, позволяющий
наблюдать отсветы
частиц на темном фоне
при боковом освещении).

47. Оптические свойства коллоидных растворов

С помощью
ультрамикроскопа
экспериментально
подтверждены
броуновское
движение,
определено число
Авогадро.

48. Электронный микроскоп

49. Вопросы для самоконтроля

1. В чем сущность электрофореза и
электроосмоса?
2. В чем состоит сущность броуновского
движения, диффузии, осмоса?
3. От каких факторов зависит
интенсивность каждого из молекулярнокинетических свойств?
4. Перечислите факторы, от которых
зависит интенсивность рассеянного
света.
5. Охарактеризуйте оптический метод
исследования дисперсных систем нефелометрию?

50. Рекомендуемая литература

Основная:
Физическая и коллоидная химия : учебник для
фарм. вузов и фармац. фак. мед. высш. учеб. зав. /
Под ред. А. П. Беляева – СПб: ГЭОТАР-Медиа,
2010. - 700 с.
Дополнительная:
1.Мушкамбаров Н.Н. Физическая и коллоидная
химия : учебник для студ. мед вузов / Н. Н.
Мушкамбаров. – СПб: ГЭОТАР-Медиа, 2010. - 440
с.
2.Физическая и коллоидная химия : учебник для
студ. фармац. ин-тов и фармац. фак. мед. ин-тов /
Под ред. К. И. Евстратовой. – М: Высш. шк., 1990. 486 с.

Технологии и оборудование для изготовления красок, ЛКМ

НЕКОТОРЫЕ ДРУГИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМ

1 ноября, 2012 admin

В этом разделе кратко рассмотрим электропроводность и ди­электрическую проницаемость лиозолей, так как эти свойства — тесно связаны с электрокинетическими явлениями, устойчивостью* и коагуляцией коллоидных систем.

Электропроводность лиозолей. Электропроводность лиозоля слагается из электропроводности, обусловленной коллоидными ча­стицами, и электропроводности ионов, присутствующих в системе. Поэтому электропроводность коллоидного раствора зависит от за­ряда, числа и подвижности коллоидных частиц и ионов, находя­щихся в золе.

Нетрудно представить себе соотношение между электропроводностью, обус­ловленной коллоидными частицами, и электропроводностью за счет ионов, при­сутствующих в золе. Примем, что в золе содержится 1 объемн.% дисперсией фазы, — радиус частиц г = 50 А и

Число частиц v, содержащихси в единице объема коллоидного раствора, со­ставляет:

Тогда удельная электропроводность уколл, обусловленная коллоидными части­цами, будет равна:

Если в последнее уравнение подставить принятые выше значения к и г, значения в и (| для воды, а удельную электропроводность выразить в практи­ческих единицах, то получим:

Уколл х 4 • Ю-5 Ом-1 • см-1

Электропроводность же дисперсионной среды, для которой х = 10®, состав­ляет примерно Ю-6 Ом-1-см-1. Таким образом, электропроводность, обусловлен­ная присутствием в золе коллоидных частиц, вполне измерима, если только ча­стицы не слишком велики и концентрация золя не слишком мала,

Паули, а затем и друиие исследователи измеряли электропро­водность гидрозолей с помощью кондуктометрического титрорания

Для определения ионных компонентов системы. С помощью кондуктометриче­ского титрования, как показали А. И. Ра — 1 І бинович и его сотр., не только можно

■ ^ определить число противоионов, а сле­

Рис. VII, 33. Результаты следующем примере.

Кондуктометрического ти- На рис. VII, 33 в виде схематических Трования золя сульфида кривых приведены результаты кондукто — Мышьяка: метрического титрования растворами

/ — крипая титрования с КОН:

2—кризая титрования с Bad,! ГИДрООКИСИ КЭЛИЯ И ХЛОрИДЭ барИЯ ГИД­РОЗОЛЯ сульфида мышьяка, для которого лотенциалопределяющим ионом является ион HS~, а противоио — ном — ион Н+. Как можно видеть, кривая / титрования с помрщью КОН имеет минимум. Существование этого минимума объясняется следующим образом. При добавлении первых порций щелочи про­исходит замещение в адсорбционном слое мицеллы противоиона Н+ на ион К и это приводит к образованию из ионов Н+ и ОН" почти неионизированной молекулы НгО. В результате уменьшения содержания ионов водорода, обладающих исключительно высокой подвижностью, электропроводность системы падает. Однако после замещения всех ионов водорода при дальнейшем добавлении ще­лочи электропроводность золя увеличивается. По количеству ще-
лочи, отвечающему минимуму на кривой, можно судить о количе­стве в золе связанных ионов водорода.

Кривая 2 титрования раствором ВаСЬ не имеет максимума и состоит из криволинейного и прямолинейного участков. Так как при титровании ВаСЬ вода не образуется, кривая не может иметь минимума, и по мере титрования происходит постепенное увеличе­ние электропроводности. Благодаря большей подвижности ионов Н+ по сравнению с ионами Ва2+ электропроводность золя в начале титрования растет больше, чем это соответствует количеству до­бавленного электролита, что и обусловливает характерную форму этого участка кривой. Точка перехода криволинейного участка в прямолинейный, соответствующая минимуму на кривой титрова­ния щелочью, очевидно, отвечает полному замещению ионов во­дорода ионами бария. Дальнейшее введение раствора хлорида ба­рия, конечно, может приводить только к линейному увеличению электропроводности.

При титровании как КОН, так и ВаСЬ получаются в общем совпадающие результаты. Ввиду большого адсорбционного потен­циала ионов бария из мицеллы вытесняются все ионы Н+, находя­щиеся в адсорбционном слое.

При работе с другими гидрозолями и электролитами результаты могут быть иными. Так, опыты показали, что при титровании золя мастики электропроводность с самого начала прямо пропорцио­нальна количеству добавленного электролита. Прямолинейная форма графика кондуктометрического титрования указывает на то, что в этом случае не происходит вытеснения иона водорода из адсорбционного слоя.

Таким образом, путем кондуктометрического титрования можно установить характер сил, за счет которых противоионы удержи­ваются в адсорбционном слое. Если результаты титрования•ука­зывают на способность к обмену всех противоионов мицеллы, т. е. свидетельствуют об их способности вытесняться как из диффуз­ного, так и адсорбционного слоя, то противоионы удерживаются в мицелле только в результате действия физических сил (электри­ческих, адсорбционных). Если, наоборот, часть противоионов из двойного слоя не вытесняется или вытесняется с большим трудом, то следует полагать, что эти ионы удерживаются в мицелле си­лами, близкими по своей природе к химическим силам.

Высокая частота и высокое напряжение тока влияют на электропроводность гидрозолей аналогично тому, как они влияют на электропроводность обычных электролитов. Однако для коллоидных систем это влияние сказывается более резко, поскольку оно связано с электрофоретическим запаздыванием н электри­ческой релаксацией, эффект которых проявляется особенно сильно у частиц кол­лоидных размеров.

Прн измерении электропроводности в поле высокой частоты колебания ча­стиц настолько быстры, что полная асимметрия двойного слоя не успевает раз­виться. В результате этого эффект релаксации уменьшается, а электропровод­ность соответственно возрастает.

В поле очень высокого напряжения (105 В/см) скорость частиц настолько увеличивается, что они вырываются из окружающей их атмосферы ионов.

Следствием этого является исчезновение эффекта электрофоретического тормо­жения в электрической релаксации.

Диэлектрическая проницаемость лиозолей. Диэлектрическая проницаемость лиозолей отличается от диэлектрической проницаемости дисперсионной среды. Это объясняется следующим.

1. Частицы золя имеют обычно другую и, как правило, меньшую диэлектри­ческую проницаемость, чем дисперсионная среда, в результате чего общая ди­электрическая проницаемость золя снижается. Этот эффект, очевидно, является простым объемным эффектом.

2. Частицы золя могут иметь постоянный дипольный момент. При определе­нии диэлектрической проницаемости в электрическом поле диполи ориенти­руются, вследствие чего увеличивается поляризация и возрастает значение е. Этот эффект обычно незначителен у типичных коллоидных систем, частицы ко­торых, как правило, не имеют постоянного дипольного момента. У растворов же высокомолекулярных соединений, молекулы которых могут обладать по­стоянным дипольным моменотм, этот эффект может приводить к значительному увеличению диэлектрической проницаемости

3. Частицы золя могут приобретать дипольные моменты, противоположно направленные внешнему электрическому полю вследствие деформации двойного электрического слоя в этом поле. Очевидно, при этом центры тяжести положи­тельных и отрицательных зарядов частицы смещаются относительно друг друга, т. е. частицы поляризуются, что приводит к возрастанию диэлектрической прони­цаемости. Подобный эффект характерен для всех коллоидных систем и раство­ров высокомолекулярных электролитов.

4. Частицы золя могут гидратироваться или, в общем случае, сольватиро — ваться Молекулы среды в сольватном слое адсорбированы и ориентированы под действием значительных адсорбционных сил. Такая фиксация молекул среды приводит к уменьшению поляризации, а следовательно, и диэлектрической про­ницаемости системы

Из-за электропроводности лиозолей диэлектрическую проницаемость изме­рять необходимо с помощью переменного тока. Однако при этом надо помнить, что полученные значения зависят от частоты переменного тока. При не слишком больших частотах значение диэлектрической проницаемости не отличается су­щественно от тех значений, которые можно было бы найти в статическом поле, так как частицы успевают полиостью поляризоваться в промежуток времени меньший, чем продолжительность одного колебания поля. Однако при больших частотах последнее условие уже не выполняется, и в растворе обнаруживается дисперсия (рассеяние) диэлектрической проницаемости, характер которой зави­сит от того, какой фактор обусловливает ее особенности для дайной системы.

В первом случае, когда отклонение диэлектрической проницаемости об­условлено простым объемным эффектом, дисперсии этой величины не наблю­дается Во втором случае дисперсия происходит при такой частоте, когда ди­поли уже не могут следовать за изменением направления поля. В третьем случае дисперсия наблюдается при частоте, уже не вызывающей асимметрии двойного слоя, т. е. при частоте, отвечающей увеличению электропроводности. Что ка­сается того, влияет ли на дисперсию сольватация частиц, то этот вопрос до сих пор неясен. Имеющиеся экспериментальные данные об увеличении диэлектриче­ской проницаемости растворов желатина и агара с возрастанием частоты можно объяснить ие только изменением гидратации макромолекул, но и действием ряда других факторов — влиянием частоты на двойной слой, иа поведение по­стоянных диполей и т. д.

Читайте также: