ЭлектропроводностьХарактеристика, определяющая способность материала проводить электрический ток
Влияние пористости и шероховатости
Влияние пористости и шероховатости поверхности на удельную проводимость и электроосмос
Опираясь на экспериментальный материал, Бикерман пришел к выводу, что гель препятствует движению жидкости в значительно большей степени, чем прохождению тока.

Подтверждение высокой проницаемости гелей для ионов можно найти в обзоре и работе. Однако сопротивление, оказываемое гелем движению жидкости под влиянием перепада давления, не имеет прямого отношения к поставленному Бикерманом вопросу о движении жидкости в порах поверхностного геля, так как последнее вызывается не перепадом давления, а электрическим полем.

Допустим, что поры достаточно широки, а концентрация электролита достаточно высока, при этом дебаевский радиус меньше радиуса пор. Электроосмотическая скорость жидкости в порах может в данном случае описываться формулой Смолуховского и будет по величине такой же, как в свободном объеме жидкости над поверхностью геля, так что гидродинамическое сопротивление последнего не характеризует перенос жидкости в таких условиях.

В связи с этим необходимо несколько иначе аргументировать правильный вывод Бикермапа. Пусть имеются два капилляра с одинаковым значением истинного £, отличающиеся лишь наличием электропроводящего гелеобразного слоя во втором капилляре. Измеряемый поток жидкости в обоих капиллярах окажется практически одинаковым, так как потоками жидкости в гелеобразном слое (хотя линейная скорость жидкости в нем и не мала) можно пренебречь ввиду малой плотности пор геля по сравнению с площадью сечения капилляра.

Поверхностная проводимость второго капилляра будет заметно превышать поверхностную проводимость первого за счет проводимости гелеобразного слоя. Принято считать, что гидродинамическое течение не вовлекает жидкость, заполняющую углубления в поверхности, т. е. такие углубления являются как бы застойными зонами для движущейся жидкости. Чтобы учесть это, условно вводят плоскость скольжения, на которой скорость течения обращается в нуль.

Бикерман считает, что хотя жидкость как целое в застойных зонах, т. е. между плоскостью скольжения и реальной поверхностью, неподвижна, заполняющие их ионы подвижны и вносят вклад в измеряемую поверхностную проводимость. Следовательно, электрокинетический заряд окажется меньше, чем подвижный, на величину подвижного заряда, локализованного в застойных зонах шероховатой поверхности.

Допуская, что ионы, локализованные между гипотетической плоскостью скольжения и поверхностью, подвижны, следует отказаться от представления об иммобилизации ньютоновской жидкости шероховатостью. Повсюду, где имеется подвижный, не скомпенсированный объемный заряд, должно возникать электроосмотическое течение жидкости. При наличии объемного подвижного заряда в углублениях на шероховатой поверхности и внешнего электрического поля допущение аналогии с застойными зонами при течении жидкости под действием перепада давления совершенно не оправдано.

В частности, при условии электроосмотическое скольжение жидкости в тонком двойном слое на любом участке шероховатой поверхности может быть описано формулой Смолуховского, а возникающее макроскопическое течение соответственно формулой. В этом предельном случае особенно четко видно, что жидкость на вогнутых участках шероховатой поверхности движется с такой же скоростью, как на выпуклых.

При снижении концентрации электролита, когда толщина двойного слоя сравнивается с масштабом шероховатости, а затем несколько превосходит его, описание электроосмоса на основе формулы Смолуховского становится уже необоснованным. Однако с дальнейшим убыванием концентрации электролита, когда начнет выполниться условие, представляется возможным вообще игнорировать шероховатость и описывать электроосмос на основе формулы Смолуховского.

Если при очень низкой концентрации электролита, при условии, можно рассчитывать на равенство подвижного и электрокинетического зарядов, то в противоположном случае, т. е. при условии, необходимо учитывать коэффициент шероховатости. Электрокинетический заряд, рассчитанный в этом случае, можно отождествить с подвижным зарядом участка поверхности, малого по сравнению с радиусом кривизны. Следует учесть, что подвижный заряд единицы макроскопической поверхности о будет фактически пропорционален площади реальной шероховатой поверхности.

Такая оценка лишь в случае одномерной шероховатости приближается к точной зависимости. Одномерная шероховатость представляет собой идеальный случай, когда для всей поверхности можно указать направление, перемещение по поверхности вдоль которого будет движением вдоль прямой. Иными словами, подобная поверхность является цилиндрической; она может быть описана перемещением прямой образующей цилиндра параллельно самой себе по волнистому контуру.

Если направления тока и образующей цилиндра совпадают, величина подвижного заряда пропорциональна длине волнистого контура, т. е. фактору шероховатости, что и отражено в уравнении. Как на всякой искривленной поверхности, двойной слой на шероховатой поверхности поляризуется под влиянием поверхностного тока. Этот критерий принимает значения порядка единицы или много больше, чему соответствует очень сильная поляризация.

Хотя возможность применения критерия Rel для поляризации поверхностных неоднородностей сомнительна, возможность сильной поляризации шероховатой поверхности при прохождении поверхностного тока не исключена. Уменьшение тангенциальной составляющей поля за счет поляризации двойного слоя на шероховатой поверхности приводит к уменьшению поверхностного тока и как следствие к убыванию скорости электроосмотического скольжения.

Следовательно, если шероховатость способствует поляризации двойного слоя, то убывание электрокинетического и подвижного зарядов должно протекать симбатно. Таким образом, разделяя мнение Бикермана о возможности осложняющего влияния шероховатости на электрокинетические явления, a priori нет оснований считать, что это влияние может привести к резкому уменьшению электрокинетического заряда по сравнению с подвижным (с учетом коэффициента шероховатости по формуле.


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