Презентация на тему "ПЯ и ДС(Лекция v)"

Содержание

• 
  Слайд 1

  ПЯ и ДС(Лекция V)

  М.Ю. Плетнёв, доктор хим. наукКафедра коллоидной химииМИТХТ им. М.В. Ломоносова Электроповерхностные свойства дисперсных систем

• 
  Слайд 2
  

  Электроповерхностные свойства дисперсных систем Причина и механизмы возникновения заряда на поверхности частиц. Строение двойного электрического слоя (ДЭС). Модель ДЭС по Гельгольцу-Перрену. Модель диффузной части ДЭС Гуи и Чепмена. Внутренняя часть ДЭС. Модель Штерна. Адсорбционный и электрокинетический потенциалы. Влияние индифферентных и неиндифферентных электролитов на ДЭС. Уравнение Гельмгольца – Смолуховского. Электрокинетические явления: электрофорез, электроосмос, потенциалы течения и седиментации. Изоэлектрическая точка материалов. Кафедра коллоидной химииМИТХТ им. М.В. Ломоносова

• 
  Слайд 3

  Механизм возникновения заряда на поверхности частиц твердых тел

  Диссоциация поверхностных групп (коллоидальный кремнезем) Окислительно-восстановительные и проч. реакции на поверхности (например, под действием искрового разряда и кислорода) Избирательная адсорбция ионов Выход ионов и электронов (металлы, полупроводники) Кафедра коллоидной химии

• 
  Слайд 4

  Двойной электрический слой

  Двойной электрический слой (ДЭС) − слой ионов, образующихся на поверхности частиц в силу разных причин. Ионы, непосредственно связанные с поверхностью и придающие ей заряд, называют потенциалопределяющими. Ионы противоположного знака связаны с поверхностью электростатически; их называют противоионами. Возникновение ДЭС на поверхности частиц является проявлением стремления системы уменьшить свою поверхностную энергию за счет адсорбции ионов на поверхности. Эта адсорбция носит избирательный характер. Граница скольжения

• 
  Слайд 5

  Причина и механизмы возникновения заряда поверхности

  Существуют следующие механизмы образования двойного электрического слоя: Избирательная адсорбция ионов. Поверхность адсорбирует ион более близкий по природеили хорошо сорбирующийся органический ион. Диссоциация поверхностных групп (пример: SiO2). Ионизация поверхности. Металл теряет электроны и заряжается положительно. Образование двойного электрического слоя в результате поляризации (например, механохимической обработки или адсорбции на поверхности полярных молекул). Кафедра коллоидной химииМИТХТ им. М.В. Ломоносова

• 
  Слайд 6

  Лиотропные ряды ионов

  Последовательность роста адсорбционной способности (и коагулирующей тоже!) катионов и анионов при их ионообменной адсорбции из водных растворов на поверхности твердых тел: Cl−

• 
  Слайд 7

  Строение ДЭС. Электро-кинетический (ξ) потенциал

  − ξ ЭКП – потенциал на границе скольжения, образуемый свободными противоионами. Термодинамический потенциал Ψ0 – полный скачок потенциала между твердой фазой и раствором. Он соответствует работе перемещения г.-экв-та ионов из объема раствора на поверхность.

• 
  Слайд 8

  Модель ДЭС по Гельгольцу и Гуи-Чэпмену

  − − − − − − − − − − − − −−− По Гельмгольцу, двойной слой представляется как бы плоским конденсатором, одна обкладка которого связана непосредственно с поверхностью твердого тела (стенкой), а другая обкладка, несущая противоположный заряд, находится в жидкости на очень малом расстоянии от первой. Потенциал в таком двойном слое должен падать линейно с расстоянием. По Гуи-Чэпмену, противоионы не могут быть сосредоточены только у поверхности и образовывать монослой, а рассеяны в жидкой фазе на некотором расстоянии от границы раздела. Такая структура ДЭС определяется, с одной стороны, электрическим полем у твердой фазы, стремящимся притянуть эквивалентное количество противоионов, а с другой − тепловым движением ионов, вследствие которого противоионы стремятся рассеяться во всем объеме жидкой фазы. − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − Поверхностный потенциал, характеризуемый величиной ξ-потенциала, при полной нейтрализации заряда будет равен нулю (изоэлектрическое состояние).

• 
  Слайд 9

  Теория Штерна

  В 1924 г. Штерн предложил схему строения двойного электрического слоя. Разрабатывая данную теорию, Штерн исходил из двух предпосылок. Во-первых, он принял, что ионы имеют конечные, вполне определённые размеры и, следовательно, центры ионов не могут находится у поверхности твёрдой фазы ближе, чем на расстояние ионного радиуса. Во-вторых, Штерн учёл специфическое, (неэлектрическое) взаимодействие ионов с поверхностью твёрдой фазы. Это взаимодействие обусловлено наличием на некотором малом расстоянии от поверхности поля молекулярных (адсорбционных) сил. Двойной электрический слой, по Штерну, при этом приближается к слою Гельмгольца, а дзета-потенциал уменьшается, постепенно приближаясь к нулю. При разбавлении системы, наоборот, диффузный слой расширяется, и дзета-потенциал растает. В плотную часть ДЭС входят специфически адсорбирующиеся ионы; при этом их электрич. центры образуют так называемой внутр. плоскость Гельмголъца х1. По сути он объединил схемы Гельмгольца-Перрена и Гуи-Чэпмена. Схема распределения потенциала в двойном электрическом слое: 1 - при |q1| |q|. q – заряд поверхности.

• 
  Слайд 10

  От чего зависит ДЭС?

  На ионы в ДЭС действуют одновременно электростатические силы, силы молекулярного взаимодействия (адсорбционные) и силы, обуславливающие тепловое движение. В результате прямо противоположного влияния этих сил лишь часть ионов остается непосредственно вблизи поверхности частицы (плотная часть ДЭС или слой Гельмгольца), а остальные распределяются диффузно в растворе на некотором расстоянии от поверхности частицы или электрода (диффузная часть ДЭС или слой Гуи). Степень диффузности (толщина ДЭС) увеличивается с ростом температуры, а также при уменьшении концентрации раствора электролита и при уменьшении заряда поверхности частицы. Понижение температуры, введение в систему индифферентного электролита (специфически не взаимодействующего с поверхностью) и увеличение заряда его ионов ведут к уменьшению электрокинетического потенциала. Этот потенциал будет снижаться и с уменьшением диэлектрической проницаемости среды (например, при добавлении в водный раствор спиртов, эфиров и других органических веществ). Строение ДЭС оказывает большое влияние на электрические свойства межфазных границ, а также протекающие на них процессы — прежде всего, на электрокинетические явления, на устойчивость коллоидных систем , на механизм и кинетику электрохимических реакций и т.д. Кафедра коллоидной химииМИТХТ им. М.В. Ломоносова

• 
  Слайд 11
  

  «У каждого святого есть прошлое. У каждого грешника — будущее»   Из христианской проповеди «Поступай, как должно. Да будь что будет, и да поможет мне Бог!»   Рыцарский девиз Шедевризмы

• 
  Слайд 12

  Электрофорез (Ф.Ф. Рейсс, 1808)

  Электрофорез – движение заряженных частиц дисперсной фазы в дисперсионной среде при наложении внешней разности потенциалов. Это понятие также распространяется на движение заряженных макромолекул. Это движение можно связать с эл.-кинетическим потенциалом и другими свойствами коллоидной системы. Сила Fе, которая заставляет двигаться частицу, имеющую заряд q, в эл. поле Е Fе= q E Этой силе препятствует сила трения (вязкостного сопротивления) среды Ff , которая равна: Ff= f v , где f – к-т трения,v – скорость. При стационарном движении эти силы равны: q E = f v Отсюда электрофоретическая подвижность μ определяется как μ = v/E = q/f.

• 
  Слайд 13

  Электрофорез в реальных системах

  Полученное выражение μ = v/E = q/f справедливо лишь в случае слабо заряженных частиц в непроводящих ток средах. На самом деле, многозарядные частицы и макромолекулы окружены диффузным облаком противоионов, и эффективный эл. заряд частицы зависит от приложенной ЭДС. В действительности, эл.-форетическая подвижность зависит и от свойств частицы (размера, плотности поверхностного заряда и др.), и от свойств дисперсионной среды (таких как ионная сила, рН, вязкость и диэлектирическая проницаемость ). Для свободнодисперсной системы с достаточно высоким значением ионной силы выражение для μприближенно описывается уравнением Смолуховского: μ = εε0ξ/ή. Здесь εи ε0 – соответственно, диэлектрические постоянные жидкости и вакуума; ξ– дзета-потенциал частицы; ή – вязкость дисперсионной среды. В целом, сила электрофоретического торможения fзависит от радиуса и формы частиц, а также радиуса ионной атмосферы (т. наз. дебаевского коэффициента). Кафедра коллоидной химииМИТХТ им. М.В. Ломоносова

• 
  Слайд 14

  Электроосмос (схема опытов Рейсса)

  Направленное перемещение жидкости в пористом теле при наложении внешнего эл. поля (электроосмос) удобно изучать с помощью прибора, схематически показанному на рисунке слева. Электроосмос используют для удаления избыточной влаги из почв при прокладке транспортных магистралей и гидротехническом строительстве, для осушки торфа, а также для очистки воды, технических жидкостей и др. Явление электроосмоса используется в физиологических экспериментах для введения веществ через микроэлектрод внутрь отдельной клетки

• 
  Слайд 15

  Вещества - антистатики

  Вещества, позволяющие уменьшить накопление электростатического заряда, − антистатики Алифатические катионные ПАВ в одним углеводородным хвостом являются хорошими антистатиками, используются в кондиционерах –мягчителях белья, в косметике для волос. Примеры: цетилтриметиламмоний хлорид С16Н33N+(CH3)3Cl- , дицетилдиметиламмоний хлорид (С16Н33)2N+(CH3)2Cl-. (а) Производное гидроксиэтилцеллюлозы (b)Производное камеди гуара

• 
  Слайд 16

  Изоэлектрическая точка

  Cl− H2N+CH2CO2H ↔H3N+CH2CO2−↔H2NCH2CO2−Na+ Изоэлектрическая точка – значение рН, при котором частица или амфотерная (макро)молекула электронейтральна. Для аминокислот типа 1:1 Кафедра коллоидной химииМИТХТ им. М.В. Ломоносова

• 
  Слайд 17
  

  Isoelectric point at 25 °C for selected materials in water (pH25°C ): Note: The list is ordered by increasing pH values. Vanadium(V) oxide (vanadia) V2O5: 1-2[5] (3[4]) Silicondioxide(silica) SiO2: 1.7-3.5[4] Siliconcarbide (alpha) SiC: 2-3.5[6] Tin(IV) oxide SnO2: 4-5.5 (7.3[7]) Zirconium(IV) oxide (zirconia) ZrO2: 4-11[4] Manganese(IV) oxide MnO2: 4-5 Titanium(IV) oxide (titania) (rutile or anatase) TiO2: 3.9-8.2[4] Iron(II, III) oxide(magnetite) Fe3O4: 6.5-6.8[4] Cerium(IV) oxide (ceria) CeO2: 6.7-8.6[4] Сhromium(III) oxide (chromia) Cr2O3: 7[5] (6.2-8.1[4]) Aluminiumoxide(gamma alumina) Al2O3: 7-8 Thallium(I) oxide Tl2O: 8[8] Alphairon (III) oxide (hematite) Fe2O3: 8.4-8.5[4] Aluminiumoxide(alpha alumina, corundum) Al2O3: 8-9 Yttrium(III) oxide (yttria) Y2O3: 7.15-8.95[4] Copper(II) oxideCuO: 9.5[7] ZincoxideZnO: 8.7-10.3[4] Lanthanum(III) oxide La2O3: 10 Nickel(II) oxideNiO: 10-11[7] (9.9-11.3[4]) Lead(II) oxidePbO: 10.7-11.6[4] Источник: Wikipedia

• 
  Слайд 18

  Рекомендуемая литература

  И.А. Туторский, Краткий курс коллоидной химии, ч. - М.: МИТХТ, 2004. Б.Д. Сумм, Основы коллоидной химии, - М.: Изд-во "Академия", 2006. Ю.Г. Фролов, Курс коллоидной химии: Поверхностные явления и дисперсные системы, 3-е изд. - М.: Альянс, 2009. Кафедра коллоидной химииМИТХТ им. М.В. Ломоносова

• 
  Слайд 19

  Пожалуйста, задавайте вопросы