Строение мицеллы лиофобных золей

И введения электролитов

Влияние на двойной электрический слой разбавления

При повышении концентрации электролита в системе ионы, имеющие тот же знак заряда, что и противоионы двойного электрического слоя, проникают в него и в первую очередь – в диффузный слой противоионов. Тем самым они «сжимают» ДЭС, так как число ионов в диффузном слое, необходимых для нейтрализации заряда потенциалопределяющих ионов, теперь размещается в меньшем объёме. В пределе такое сжатие может привести к исчезновению диффузного слоя, т. е. к вхождению всех противоионов в плотный слой. В таком случае двойной электрический слой приобретёт строение, близкое к предлагаемому теорией Гельмгольца. Электрокинетический потенциалпри этом уменьшается до нуля.

Наоборот, при разбавлении среды растворителем уменьшение концентрации противоионов приводит к их частичной десорбции и переходу из слоя Гельмгольца в слой Гуи. При очень больших разбавлениях это может вызвать исчезновение слоя Гельмгольца и возникновение полностью диффузного двойного слоя. Электрокинетический потенциал при этом увеличивается, но лишь до некоторого предела, после которого он будет уменьшаться. Это связано с тем, что при дальнейшем разбавлении начинается десорбция потенциалопределяющих ионов. Это приводит к снижению как j-, так и z-по­тен­ци­ала.

Частицы дисперсной фазы, существующие в дисперсных системах, имеют гораздо более сложное строение, нежели просто небольшие кусочки или капельки вещества.

На поверхности мельчайших дисперсий адсорбируются присутствующие в дисперсионной среде вещества, в том числе ионизированные стабилизаторы. При этом, как уже говорилось выше, на поверхности дисперсий возникает двойной электрический слой. Рассмотрим в качестве наиболее простого случая частичку дисперсии, имеющую кристаллическое строение (аморфные дисперсии будут отличаться, главным образом, большей нерегулярностью в строении адсорбционного слоя).

Так, например, при химической конденсации в результате взаимодействия растворов серной кислоты и хлорида бария возникают мельчайшие, коллоидных размеров, кристаллики сульфата бария. Один из исходных электролитов - серная кислота или хлорид бария - всегда будет присутствовать в некотором избытке (это может получиться случайно или может быть сделано произвольно, по выбору экспериментатора). Предположим, что в избытке взят хлорид бария. Тогда в дисперсионной среде, окружающей кристаллики BaSO₄ будут иметься ионы Ва²⁺, Cl^- и Н⁺. В соответствии с правилом Панета - Фаяиса на поверхности кристалликов ВаSО₄, будут адсорбироваться ионы Ва²⁺, как способные достроить их кристаллическую решетку. Придавая поверхности кристаллика электрический заряд, и будучи достаточно прочно связанными с поверхностью, ионы Ва²⁺ в данном случае будут выступать в качестве потенциалопределяющих ионов(ПОИ). Для нейтрализации положительного заряда поверхности к ней подойдёт эквивалентное число отрицательно заряженных противоионов, в данном случае ионов Cl^-. В соответствии с теорией Штерна часть их, довольно близко подошедшая к поверхности и связанная с ней, кроме электростатических, ещё и адсорбционными силами, образует адсорбционный слой.

Рис. 5.4. Схема строения мицеллы золя сульфата бария,

стабилизированного хлоридом бария

Другая часть противоионов, находящихся на большем расстоянии и связанная с поверхностью только электростатическими силами, образует диффузный слой. Противоионы диффузного слоя при броуновском движении коллоидной частицы или в результате собственного теплового движения могут отрываться от неё. Но для соблюдения электронейтральности на место ушедших ионов становятся другие ионы той же природы или, по крайней мере, того же знака. При помещении коллоидного раствора в постоянное электрическое поле противоионы движутся в сторону одного электрода (в рассматриваемом примере – в сторону анода), а твёрдая частица вместе с потенциалопределяющими ионами и противоионами адсорбционного слоя – в сторону другого (в данном примере в сторону катода). Разрыв происходит по границе между адсорбционным и диффузным слоями противоионов, называемой поверхностью скольжения.

Твёрдая основа частицы («агрегат») вместе с двойным электрическим слоем из ионов адсорбированного на её поверхности электролита образует электронейтральную субъединицу дисперсной фазы – мицеллу(не следует путать с мицеллами ПАВ!). Часть мицеллы, находящаяся внутри поверхности скольжения, и движущаяся в электрическом поле, как единое целое, носит название собственно коллоидной частицы или гранулы. Так как в гранулу не входят противоионы диффузного слоя, часть зарядов находящихся в ней остаётся нескомпенсированной. Поэтому гранула несёт на себе электрический заряд, по знаку совпадающий со знаком потенциалопределяющих ионов и численно равный суммарному заряду противоионов диффузного слоя. Внутри гранулы можно выделить ещё одну относительно самостоятельную часть мицеллы – ядро. Ядро образовано агрегатом и потенциалопределяющими ионами и, следовательно, тоже несёт электрический заряд.