Электроосмос

Электроосмос – это направленное перемещение жидкости под действием приложенной разности потенциалов. Прибор для изучения электроосмоса представляет собой U- трубку, в одно колено впаян капилляр для точного определения количества движущийся жидкости. Пористое тело – мембрана, из селикагеля или глинозема находится между электродами. В прибор наливают воду или водный раствор и отмечают их уровень в капилляре. Прикладывают к электродам разность потенциалов, ионы диффузного слоя будут перемещаться к соответствующему электроду и увлекать за собой под действием сил трения в дисперсионную среду. Скорость течения жидкости определяется свойствами мембраны и раствора. Чем выше φ и , тем больше переносчиков заряда. Можно определить знак и величину -потенциала .

Гельмгольц и Смолуховский установили связь между скоростью переноса жидкости и -потенциалом, сделав следующие ограничения:

1) толщина ДЭС значительно меньше пор мембраны,

2) слой жидкости, прилегающей к твердой фазе неподвижен, движение жидкости в порах ламинарное и подчиняется законам гидродинамики,

3) распределение зарядов в ДЭС не зависит от приложенной разности потенциалов,

4) твердая фаза является диэлектриком, жидкость проводит электрический ток.

Рис. 7.4. Изменение скорости течения жидкости u и потенциала с расстоянием X от поверхности капилляра (от межфазной поверхности)

- ионный фактор

δ < 1 нм; λ ≈ 10 нм и более

Приложим внешнее электрическое поле напряженностью Е. На слой жидкости dx будет действовать электрическая сила (в расчете на единицу поверхности)

(7.17)

где - заряд слоя жидкости ;

ρ - объемная плотность заряда в соответствии с уравнением Пуассона;

Сила трения (на единицу площади) по закону Ньютона

и (7.18)

При установившемся движении

(7.19)

тогда

(7.20)

Из приведенного выше рисунка определим пределы интегрирования:

при (на границе скольжения) и

, и , и

После двойного интегрирования уравнения получим уравнение Гельмгольца – Смолуховского:

(7.21)

- постоянная линейная скорость движения жидкости относительно мембраны.

Уравнение Гельмгольца- Смолуховского можно записать относительно

(7.22)

- электроосмотическая подвижность