ЭлектропроводностьХарактеристика, определяющая способность материала проводить электрический ток
Двойной слой и устойчивость коллоидов
Большое влияние как на формирование представлений о пространственном строении двойного слоя, так и на развитие исследований электрокинетических явлений оказала установленная еще в начале текущего столетия корреляция между электрокинетическими явлениями и устойчивостью коллоидов. Харди был одним из первых, кто на примере частицы денатурированного альбумина обнаружил, что относительно устойчивые золи коагулируют в изоэлектрической точке.

В дальнейшем было показано, что в изоэлектрической точке коагулируют не все коллоиды, и соответственно возникла необходимость подразделять коллоиды по степени влияния электролитов, изменяющих их потенциал, на их устойчивость на две группы (лиофобные и лиофильные). Для лиофобных (ионо стабилизированных) коллоидов было обнаружено, что не только в изоэлектрической точке, но и в довольно широком интервале значений потенциала вблизи нее протекает коагуляция, по с меньшей скоростью.

Скорость коагуляции тем меньше, чем выше -потенциал, причем при достаточно больших -потенциалах система становится практически устойчивой. В некотором интервале значений £, вблизи изоэлектрической точки скорость коагуляции не зависит от I, т. е. пока заряд частицы мал, он вообще не влияет на коагуляцию, которая в этом случае протекает наиболее быстро и называется быстрой коагуляцией.

Охарактеризованная выше зависимость скорости коагуляции от потенциала позволяет ввести понятия: критический потенциал быстрой коагуляции, т. е. максимальное значение £, ниже которого ДС не влияет на коагуляцию, и критический потенциал начала коагуляции максимальный потенциал, при котором протекает коагуляция.

Хотя в дальнейшем оказалось, что значения критических потенциалов для различных золей могут быть различны и тем самым концепция критического потенциала в значительной степени утратила свое значение, в процессе изучения проблемы критического потенциала был накоплен значительный экспериментальный материал об электрокинетических явлениях. Хотя концепция универсального критического потенциала ошибочна, наблюдается зависимость скорости коагуляции лиофобных дисперсных систем от потенциала, однако она не универсальна, т. е. вид этой функциональной зависимости для различных золей и электролитов различен.

Теория влияния ДС на устойчивость лиофобных дисперсных систем непрерывно совершенствовалась и продолжает совершенствоваться и параллельно с ней развивались экспериментальные исследования, в качестве составной части которых всегда сохраняло свое значение изучение ДС на основе электрокинетических явлений.

Так как в основе электрокинетических явлений и устойчивости иона стабилизированных коллоидов лежит одно и то же свойство коллоидных частиц двойной слой, факторы, влияющие на строение последнего, аналогичным образом должны влиять на электрокинетические явления и устойчивость иона стабилизированных коллоидов.

Это, в частности, проявляется во влиянии электролитов па устойчивость. Значительное повышение концентрации электролита обусловливает снижение скорости электроосмоса или электрофореза и одновременно снижает устойчивость коллоидов. На основе экспериментов многочисленных исследователей, проведенных с различными золями, было сформулировано правило валентности, известное в литературе как правило Шульце.

Чтобы обеспечить коагуляцию золя As.2S3 за данное время для одно-, двух-, трехвалентных противо ионов, необходимы концентрации коагулирующих ионов, относящиеся как 800 : 60 : 1 соответственно. Таким образом, обнаруживается аналогия влияния валентности противо ионов на устойчивость коллоидов и на потенциал. Наконец, в устойчивости лисфобных коллоидов проявилось специфическое влияние рН среды, подобно тому, как это имело место для электрокинетических явлений.

Несколько позже Фрейндлих предложил количественно характеризовать этот эффект концентрацией электролита, снижающей потенциал вдвое. Аналогичные результаты получены Бэдуэном, работавшим с положительно заряженными золями золота и серебра. Чтобы фиксировать соотношение знаков ионов и поверхности был введен термин противо ионы для ионов, знак заряда которых противоположен знаку заряда поверхности.

Происхождение двойного слоя. Накопление в начале текущего столетия экспериментального материала, характеризующего влияние химической природы поверхности и ионного состава электролита на знак и величину потенциала, определяемого по электрокинетическим измерениям, создало предпосылки для решения вопроса о механизме формирования ДС коллоидных частиц.

Однако вопрос этот в то время представлялся сложным, о чем свидетельствует выдвижение ошибочных гипотез, отождествляющих этот потенциал с электрохимическим (термодинамическим) потенциалом или же связывающих специфическое влияние ионов Н+ и ОН- на электрокинетику с высокой подвижностью этих ионов. Фрейндлих обратил внимание на возможную связь возникновения двойного слоя с адсорбционными явлениями, которые в начале столетия стали вызывать все больший интерес исследователей в области коллоидной химии.

Если коэффициенты адсорбции ионов отличаются, интенсивно адсорбируемый ион должен оказаться в избытке на поверхности, менее адсорбируемый ион окажется в избытке в жидкой части ДС, вследствие чего и возникает двойной слой. Интенсивные исследования адсорбции ионов в сочетании с электрокинетическими измерениями в дальнейшем подтвердили это предположение. Второй механизм формирования ДС связан с диссоциацией поверхностных ионогенных групп под влиянием полярной дисперсионной среды.

Механизм этот первоначально был изучен не на типичных коллоидах, а на белках. Еще в начале столетия в работах ряда авторов было установлено, что растворенные белки взаимодействуют с кислотами и основаниями подобно аминокислотам. Но так как соли аминокислот являются сильными электролитами, большая белковая молекула может превратиться в гигантский многовалентный ион просто в результате взаимодействия с кислотой или основанием.

В белках ионогенные группы имеют различную химическую природу (кислые карбоксильные, основные аминогруппы и другие), на основании чего белки относят к классу амфотерных электролитов. При больших и малых рН резко преобладает диссоциация групп одного знака, и, например, при рН 2 белковая молекула несет положительный заряд, с ростом рН наблюдается изоэлектрическая точка и дальнейшее увеличение рН обеспечивает обращение знака потенциала.


Спонсор публикации:
 
 
© 2009-2011 Копирование запрещено
При копировании информации обратная ссылка обязательна