ЭлектропроводностьХарактеристика, определяющая способность материала проводить электрический ток
Электроповерхностные исследования
Применительно к задаче определения поверхностного заряда и тесно связанного с ним явления адсорбции ионов и ионного обмена измерение подвижного заряда оправдано в большей степени, чем электрокинетического. Действительно, поверхностный заряд в общем случае компенсирован противо ионами, локализованными не только в диффузном слое, но и в слое Штерна, а при наличии граничного слоя и локализованным в нем подвижным зарядом.

К сожалению, и измеренный подвижный заряд может оказаться значительно меньше, чем поверхностный, из-за поляризации слоя частиц, слагающих гелеобразный слой. Вследствие осложнений, связанных с поляризацией двойного слоя на шероховатостях, в настоящее время можно указать только на три типа случаев, в которых измерения к и £ могут быть надежной основой для получения количественной информации о двойном слое:

Очень низкие концентрации электролита при не слишком большом масштабе шероховатости; умеренные поверхностные заряды; очень гладкие поверхности. Остается, однако, неясным, насколько малы должны быть концентрация и величина зарядов, насколько гладкими должны Сыть поверхности, поскольку отсутствуют количественные критерии, гарантирующие достаточную малость поляризации в каждом из этих случаев.

К сожалению, в проведенных исследованиях подобного рода оценка шероховатости не была осуществлена. Кроме того, эти исследования, проводившиеся на концентрированных суспензиях, не могут быть строго интерпретированы ввиду трудностей, связанных с описанием поверхностной проводимости и поляризации двойного слоя в подобных системах.

Следует, по-видимому, признать, что при изучении поляризации двойного слоя, вызванной микро кривизной поверхности, желательно исключить осложняющее влияние поляризации двойного слоя, вызванной макро кривизной поверхности. Эти системы представляют равные возможности для теоретической интерпретации. Проще, по-видимому, осуществить эксперимент с волокнами. Кроме того, в последнем случае представляется возможность варьировать свойства поверхности выбором волокнообразующего полимера.

Особый интерес представляют исследования на кварцевых нитях. В случае волокон имеется возможность охарактеризовать шероховатость их поверхности, измеряя истинную удельную величину последней адсорбционным методом и оценивая видимую поверхность по диаметру, длине волокон и их числу. Величина удельной поверхности волокон позволяет получить информацию о поверхностной плотности зарядов по адсорбции ионов.

Если подвижный заряд, рассчитанный по поверхностной проводимости, окажется меньше поверхностного, определенного какими-либо адсорбционными методами, это может оказаться проявлением микро поляризации двойного слоя на шероховатостях или некоторого отличия подвижностей противо ионов в двойном слое и объеме. Варьируя концентрацию электролита и вид противо иона, принципиально возможно уточнить эту трактовку. Если электрокинетический заряд окажется, как обычно, значительно меньше подвижного (даже с учетом фактора шероховатости по формуле), это может свидетельствовать о наличии граничного слоя.

Представляет поэтому интерес изучение температурной зависимости отношения электрокинетического заряда к подвижному. Разрушение граничного слоя с повышением температуры должно проявляться в росте вышеупомянутого отношения. Однако решающим условием успеха комплексных электро поверхностных исследований является выбор поверхности твердого тела. Наличие пористости поверхности практически исключает возможность обоснованных выводов на основании сопоставления подвижного и электрокинетического зарядов. Крайне затруднит трактовку и большой фактор шероховатости.

Бикерман справедливо отмечает, что термин "шероховатость" следует сохранить для систем, в которых фактор г составляет не более чем несколько единиц. Большие значения этого фактора означают наличие глубоких выемок на поверхности, которые можно рассматривать и как поры. Если, по данным адсорбционных измерений на волокнах, коэффициент г окажется большим, несмотря на все преимущества, эксперимент с пучком параллельных волокон будет непригодным для комплексных электро поверхностных исследований.

Подобие гидродинамических и электрических полей при электроосмосе. Рассмотрим систему уравнений электроосмотического течения применительно к капиллярно-пористой системе со сколь угодно сложной геометрией внутренней поверхности, но при принятых выше ограничениях, на толщину двойного слоя, сечение пор и кривизну поверхности, которые формулируются следующим образом:

Толщина ДС достаточно мала, а радиусы кривизны внутренней поверхности больше некоторой величины, значительно превышающей и; минимальный линейный размер пор существенно превышает толщину ДС. Второе условие позволяет игнорировать некоторую неопределенность в локализации внешней границы ДС, и, решая гидродинамическую задачу о течении электро нейтральной жидкости, приближенно рассматривать граничное условие как заданное непосредственно на поверхности.

Система уравнений совместно с граничными условиями составляет замкнутую постановку задачи. Чтобы найти распределение тангенциальной составляющей поля вдоль внутренней поверхности, фигурирующее в правой части граничного условия, рассмотрим математическую формулировку задачи о распределении электрического потенциала в поровом пространстве.

Это означает, что нормальная составляющая поля у поверхности пор равна нулю, так как в противном случае возникала бы нормальная составляющая тока, т. е. непрерывное поступление заряда на поверхность. Линии напряженности электрического поля начинаются и оканчиваются в местах расположения электрических зарядов, которые, таким образом, являются источниками и стоками электрического поля. В данном случае источники электрического поля расположены на бесконечности, что соответствует заданному внешнему полю.

При сложной геометрии капиллярно-пористого тела практически невозможно найти как распределение скоростей, так и распределение электрического поля, однако можно установить связь между этими величинами, ибо Еп "удовлетворяют идентичным уравнениям. Действительно, функция является решением уравнения вследствие того, что Е подчиняется уравнению; граничное условие удовлетворяется одновременно с условием, выполнимость граничного условия обеспечивается выбором величины коэффициента пропорциональности. Однако электроосмотическое течение отличается особыми граничными условиями на поверхности тела.

Если обычно течение вязкой жидкости характеризуется обращением в нуль на поверхности тела нормальной и тангенциальной составляющей скорости, то при электро осмосе скорость вблизи поверхности пропорциональна градиенту электрического потенциала, если последний удовлетворяет граничному условию. Это обусловливает замечательную простоту гидродинамики электроосмоса течение вязкой жидкости при малых числах Рейнольдса оказывается в данном случае потенциальным.

Сложные распределения электрического ноля и гидродинамической скорости в порах, фигурирующее в формуле, не могут быть экспериментально изучены. Зависимость, доступная экспериментальному изучению, получается посредством усреднения формулы по макроскопическому сечению капиллярно-пористого тела. Классическая теория электрофореза Смолуховского Гюккеля Генри. Электрофорез крупных частиц.


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