ЭЛЕКТРОПОВЕРХНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ : ДВОЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

  • Размер: 1.2 Mегабайта
  • Количество слайдов: 35

Описание презентации ЭЛЕКТРОПОВЕРХНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ : ДВОЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ по слайдам

ЭЛЕКТРОПОВЕРХНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ :  ДВОЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЛОЙ (ДЭС) И ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ  ЭЛЕКТРОПОВЕРХНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ : ДВОЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЛОЙ (ДЭС) И ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ ДЭС 1. Адсорбция ионов из раствора на твердой поверхности: 2. Диссоциация поверхностных соединений :ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ ДЭС 1. Адсорбция ионов из раствора на твердой поверхности: 2. Диссоциация поверхностных соединений : + n. I — ( раствор) Si Si OHOH OO … … Si Si OO OOO … … + n. H + OHOH О Н 2 О O OAg. NO 3 + KI = Ag. I↓+ KNO 3 изб. В растворе ионы К + , NO 3 — , I — Ag Ag II IAg ……… I —

3. Переход ионов с твердой поверхности в раствор при установлении электрохимического равновесия:  4. Поляризация твердой3. Переход ионов с твердой поверхности в раствор при установлении электрохимического равновесия: 4. Поляризация твердой поверхности внешним источником тока: ПРИЧИНЫ ОБРАЗОВАНИЯ ДЭС Ag Ag. NO 3 ( разб. раствор) Ag + n. Ag + Пример. Заряжение поверхности металлов, электропроводящих твердых тел μ Ag в пластине > μ Ag в растворе

Терминология ДЭС • Приготовление золя Ag. I с отрицательным зарядом коллоидной частицы :  • Ag.Терминология ДЭС • Приготовление золя Ag. I с отрицательным зарядом коллоидной частицы : • Ag. NO 3 + KI = Ag. I↓+ KNO 3 изб. • Кристаллики Ag. I — частицы дисперсной фазы. • На их поверхности ионы I — — потенциалопределяющие ионы. • В растворе вблизи твердой поверхности ионы К + — противоионы. • Ионы NO 3 — , имеющие такой же знак заряда, как и потенциалопределяющие — коионы , оттеснены в объем раствора. • Приготовление золя Ag. I с положительным зарядом коллоидной частицы : • Ag. NO 3 + KI = Ag. I↓+ KNO 3 изб. • Кристаллики Ag. I — частицы дисперсной фазы. • Ионы Ag + — потенциалопределяющие ионы. • Ионы NO 3 — — противоионы. • Ионы К + — коионы.

μ i  = μ i 0 + R T ln n i + z iμ i = μ i 0 + R T ln n i + z i e ( x , y, z )N AЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ, ОПИСЫВАЮЩИЙ СОСТОЯНИЕ ИОНОВ В РАСТВОРЕ

МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ ДЭС 1. Модель Гельмгольца xez. W ii z i e – заряд иона (сМОДЕЛИ СТРОЕНИЯ ДЭС 1. Модель Гельмгольца xez. W ii z i e – заряд иона (с учетом знака) е – заряд электрона φ Расстояние, x- — — — -+ + + + +φ 0 ∆Потенциалопределяющие ионы Объем раствора Коионы Противоионы n 0 + = n 0 — Противоионы 0Δ φ =

МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ ДЭС 2. Модель Гуи-Чепмена  φ x+ + + + +φ 0 δ 0МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ ДЭС 2. Модель Гуи-Чепмена φ x+ + + + +φ 0 δ 0 Диффузный слой противоионов T xez nn i ii k exp 0 n i – количество ионов в диффузном слое; n 0 i – количество тех же ионов в объеме раствора; k – константа Больцмана

ИЗМЕНЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ПРОТИВОИОНОВ ( n - ) , КОИОНОВ ( n + )  И ИХИЗМЕНЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ ПРОТИВОИОНОВ ( n — ) , КОИОНОВ ( n + ) И ИХ СУММАРНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ( n + +n — ) В ДИФФУЗНОЙ ЧАСТИ (Е. Д. Щукин, А. В. Перцов, Е. А. Амелина. Коллоидная химия, М. : Высшая школа, с. 146, 2006) n

φ  xφ 0 δ 0 d ~ 2 rφ d Плотный слой или слой Штерна-Гельмгольцаφ xφ 0 δ 0 d ~ 2 rφ d Плотный слой или слой Штерна-Гельмгольца Диффузный слой Гуи-Чепмена Объемный раствор n 0 + = n 0 -МОДЕЛИ СТРОЕНИЯ ДЭС 3. Модель Штерна

 i iiv ezn dzd dyd dxd ρεεεε 22 22 22 02 0   i iiv ezn dzd dyd dxd ρεεεε 22 22 22 02 0 T xzezen dx d k exp εε 0 0 22 T xzezen dx d k sh εε 2 0 0 22 Для плоской поверхности раздела и для симметричного электролита zzz Краевые условия: 0δ 0 εε ρ )(ρ εε 1 , , d v dxd dxx dxd dx 00 xdx d , , x 1. 2. 0)( 0 nnn Уравнение Пуассона ЗАВИСИМОСТЬ ПОТЕНЦИАЛА ДИФФУЗНОГО СЛОЯ ОТ РАССТОЯНИЯ ОТ ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТИ

 ЗАВИСИМОСТЬ ПОТЕНЦИАЛА ДИФФУЗНОГО СЛОЯ ОТ РАССТОЯНИЯ ОТ ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТИ где при  1 k 4 ЗАВИСИМОСТЬ ПОТЕНЦИАЛА ДИФФУЗНОГО СЛОЯ ОТ РАССТОЯНИЯ ОТ ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТИ где при 1 k 4 T xze 0 d δexp k 4 th dx Tze T xze d 022 0 2 kεε δ nez T ; δexp k 4 thk 4 0 x Tze ze T x

Слабозаряженные поверхности Сильнозаряженные поверхности (экранирование)  δ exp 0 x x  δ exp k 4Слабозаряженные поверхности Сильнозаряженные поверхности (экранирование) δ exp 0 x x δ exp k 4 x ze T x≈ 100 м. В ze 4 k. T T ze φ 0 4 k. T

ФОРМУЛА МИЦЕЛЛЫ ГИДРОФОБНОГО ЗОЛЯ Ag. I { (m. Ag. I) Агрегат Ядро Коллоидная частица Мицеллаn. IФОРМУЛА МИЦЕЛЛЫ ГИДРОФОБНОГО ЗОЛЯ Ag. I { (m. Ag. I) Агрегат Ядро Коллоидная частица Мицеллаn. I — (n-x)K + } x- x. K +

- Электрокинетический потенциал ζОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЭС:  - Толщина плотного слоя d - Эффективная толщина диффузного— Электрокинетический потенциал ζОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДЭС: — Толщина плотного слоя d — Эффективная толщина диффузного слоя δ — Потенциал поверхности φ 0 — Потенциал плотного слоя φ d

η η V x+ + +  +  + + + + ++++ + +η η V x+ + + + + + + + ++++ + + + + + + + + + + + + Граница скольжения СОСТОЯНИЕ ВОДЫ ВБЛИЗИ ЗАРЯЖЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

φ  xφ 0 δ 0 dφ d ζ Граница скольжения. ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ( ζ –φ xφ 0 δ 0 dφ d ζ Граница скольжения. ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ( ζ – ПОТЕНЦИАЛ)

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛ E КТРОФОРЕЗ  ЭЛЕКТРООСМОСПРЯМЫЕ (С. С. Воюцкий. Курс коллоидной химии, М. : Химия,ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ЭЛ E КТРОФОРЕЗ ЭЛЕКТРООСМОСПРЯМЫЕ (С. С. Воюцкий. Курс коллоидной химии, М. : Химия, с. 170, 1975)

∆ Р I IЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ОБРАТНЫЕ ТОК И ПОТЕНЦИАЛ СЕДИМЕНТАЦИИ ТОК И ПОТЕНЦИАЛ ТЕЧЕНИЯ ∆ Р I IЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ОБРАТНЫЕ ТОК И ПОТЕНЦИАЛ СЕДИМЕНТАЦИИ ТОК И ПОТЕНЦИАЛ ТЕЧЕНИЯ

φ x- - - - -+ + + + +φ 0 ∆Е τ EВЫВОД УРАВНЕНИЯ ГЕЛЬМГОЛЬЦАφ x- — — — -+ + + + +φ 0 ∆Е τ EВЫВОД УРАВНЕНИЯ ГЕЛЬМГОЛЬЦА — СМОЛУХОВСКОГОEs. Eρτ 0εε ρ s EE 0εε τ ηττE V dx d. V ηητη V Eη εε 0 E V 0εε η ζ

ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА СТРОЕНИЕ ДЭС Электролиты 0 ζ Индифферентные Не содержат ионы,  которые могут ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА СТРОЕНИЕ ДЭС Электролиты 0 ζ Индифферентные Не содержат ионы, которые могут достроить кристаллическую решетку Не меняют Меняют Неиндифферентные Содержат ионы, которые могут достроить кристаллическую решетку Меняют

х-  -  0 0 - ζ 0 - ζ 1 - ζ 2 0х- — 0 0 — ζ 0 — ζ 1 — ζ 2 0 1 2 3 ВЛИЯНИЕ ИНДИФФЕРЕНТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА ПАДЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА В ДЭС 1– 3 – при добавлении электролита С 1 < С 2 < С 30 – без электролита { (m. Ag. I) n. I — (n-x)K + } x- x. K + KNO 3 ζ с. ИЭТ * * ИЭТ – изоэлектрическая точка

{ (m. Ag. I) n. I - (n-x)K + } x- x. K + 0 К{ (m. Ag. I) n. I — (n-x)K + } x- x. K + 0 К + Rb + Cs +- — 0 х. ВЛИЯНИЕ ИНДИФФЕРЕНТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА ПАДЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА В ДЭС KNO 3 Rb. NO 3 Cs. NO 3 Одинаковая концентрация всех трех электролитов

ЛИОТРОПНЫЕ РЯДЫ • Ряды ионов с убывающей адсорбционной способностью называются лиотропными рядами. Примеры: Одновалентные катионы CsЛИОТРОПНЫЕ РЯДЫ • Ряды ионов с убывающей адсорбционной способностью называются лиотропными рядами. Примеры: Одновалентные катионы Cs + > Rb + > K + > Na + > Li + Двухзарядные катионы Ba 2+ > Sr 2+ > Ca 2+ > Mg 2+ Однозарядные анионы CNS — > I — > NO 3 — > Br — > Cl —

ИОННЫЙ ОБМЕН Уравнение Никольского 21 21 1 2 1 1 12 1 1 z za aИОННЫЙ ОБМЕН Уравнение Никольского 21 21 1 2 1 1 12 1 1 z za a k c c k. T expk 12 12 c i – концентрация в двойном слое а i – активность в растворе i – адсорбционный потенциал Катионитные смолы : -SO 3 — , -COO — , -C 6 H 4 O — — обмен H + на катионы Анионитные смолы : -NH 3 + , =NH 2 + , HN + — обмен OH — на анионы Умягчение воды Обессоливание воды (до 10 моль/кг) Извлечение тяжелых металлов

Вода, содержащая ионы Ca 2+ ( или Mg 2+ ) и придающие ей жесткость Ионообменник ИонообменнаяВода, содержащая ионы Ca 2+ ( или Mg 2+ ) и придающие ей жесткость Ионообменник Ионообменная смола. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИОННОГО ОБМЕНА ДЛЯ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ

ВЛИЯНИЕ ИНДИФФЕРЕНТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, СОДЕРЖАЩИХ ИОНЫ, СПЕЦИФИЧЕСКИ АДСОРБИРУЮЩИЕСЯ В ПЛОТНОМ СЛОЕ x- φ d + φ d-ВЛИЯНИЕ ИНДИФФЕРЕНТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, СОДЕРЖАЩИХ ИОНЫ, СПЕЦИФИЧЕСКИ АДСОРБИРУЮЩИЕСЯ В ПЛОТНОМ СЛОЕ x- φ d + φ d- ζ 0 + ζ 2 { (m. Ag. I) n. I — (n-x)K + } x- x. K + Al(NO 3 ) 3 ζ с. ИЭТ — ζ 1 + ζ

ВЛИЯНИЕ НЕИНДИФФЕРЕНТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА ПАДЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА В ДЭС { (m. Ag. I) n. Ag + (n-x)NOВЛИЯНИЕ НЕИНДИФФЕРЕНТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА ПАДЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА В ДЭС { (m. Ag. I) n. Ag + (n-x)NO 3 — } x+ NO 3 — Ag. NO 3 0 0(1) 0(2) 0 1 23 с 0 ζ сx

01 2 3 4 5 6 0 0(1) 0(2) -  0(3) -  0(4) -01 2 3 4 5 6 0 0(1) 0(2) — 0(3) — 0(4) — 0(5) х ζ с. ИЭТ с 0 ВЛИЯНИЕ НЕИНДИФФЕРЕНТНЫХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ НА ПАДЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛА В ДЭС { (m. Ag. I) n. Ag + (n-x)NO 3 — } x+ NO 3 — KI

УРАВНЕНИЕ МИХАЭЛИСА 1/2 осн 1/2 OH 1/2 кислi. Klgp. Ip. H 2 Состояние макромолекулы белка вУРАВНЕНИЕ МИХАЭЛИСА 1/2 осн 1/2 OH 1/2 кислi. Klgp. Ip. H 2 Состояние макромолекулы белка в зависимости от р. Н раствора p. H

p. I Появляется анион белка ( Prot) -p. H = p. I Нейтральная молекула белка (Н Prot)

+++ + + _ __ _ _+ + Сдвиг ИЭТ - в щелочную область+ _ВЛИЯНИЕ СПЕЦИФИЧЕСКИ+++ + + _ __ _ _+ + Сдвиг ИЭТ — в щелочную область+ _ВЛИЯНИЕ СПЕЦИФИЧЕСКИ АДСОРБИРУЮЩИХСЯ ИОНОВ НА ИЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ И ИЗОИОННОЕ СОСТОЯНИЕ МАКРОМОЛЕКУЛЫ БЕЛКА РАСТВОР Сдвиг ИИТ — в кислую область

ЗНАЧЕНИЯ ИЗОИОННЫХ ТОЧЕК НЕКОТОРЫХ БЕЛКОВ Белок p. I Пепсин желудочного сока 2, 0 Казеин молока 4,ЗНАЧЕНИЯ ИЗОИОННЫХ ТОЧЕК НЕКОТОРЫХ БЕЛКОВ Белок p. I Пепсин желудочного сока 2, 0 Казеин молока 4, 6 Гемоглобин 6, 68 Химотрипсин 8, 6 Рибонуклеаза 9, 5 Цитохром С 10,

Электрофорез  клеток Клетки позвоночных имеют отрицательный заряд. В гематологии : Аналитический и препаративный клеточный электрофорез:Электрофорез клеток Клетки позвоночных имеют отрицательный заряд. В гематологии : Аналитический и препаративный клеточный электрофорез: — количественная оценка величины поверхностного заряда (судят по электрофоретической подвижности — скорости смещения при единичной напряженности электрического поля) ; — разделения суспензии клеток на различные фракции, что очень важно для их последующей качественной характеристики. Электрический поверхностный заряд и электрофоретическая подвижность клеток крови не зависят от — их групповой принадлежности, — резус-фактора, — пола, — расы людей. Электрофоретическая подвижность клеток периферической крови: эритроциты (1, 128± 0, 02). 10 -8 м 2 /В. с; лимфоциты (1, 025± 0, 014). 10 -8 м 2 /В. с; нейтрофилы (0, 884± 0, 024). 10 -8 м 2 /В. с; тромбоциты (0, 91 ± 0, 02). 10 -8 м 2 /В. с.

Исследование электрофоретической подвижности эритроцитов периферической крови детей. 1. Установлено понижение электрофоретической подвижности эритроцитов периферической крови детейИсследование электрофоретической подвижности эритроцитов периферической крови детей. 1. Установлено понижение электрофоретической подвижности эритроцитов периферической крови детей при острой респираторной вирусной инфекции и пневмонии по сравнению со здоровыми детьми, но это понижение является временным. 2. Эритроциты периферической крови у детей с заболеваниями органов пищеварения характеризуются снижением электрофоретической подвижности, что свидетельствует о физико-химических изменениях поверхностной мембраны эритроцитов на фоне интоксикации при этих заболеваниях. 3. Метод клеточного электрофореза применим в амбулаторной педиатрической практике как важный критерий диагностики с учётом его информативности и возможности определения в капиллярной крови, взятой из пальца.

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ (Д. А. Фридрихсберг. Курс коллоидной химии, Санкт-Петербург: Химия,  с. 219, 1995) ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ (Д. А. Фридрихсберг. Курс коллоидной химии, Санкт-Петербург: Химия, с. 219, 1995) Электрофореграммы плазмы крови человека : здорового больного нефритом А – альбумин , α , β , γ — глобулины, Ф — фибриноген

20 40 60 80 100 Годы жизни 20406080100 Э л ектр о о тр и ц20 40 60 80 100 Годы жизни 20406080100 Э л ектр о о тр и ц ател ь н о сть кл ето ч н ы х я д е р , %СРЕДНЕСТАТИСТИЧЕСКАЯ КРИВАЯ ИЗМЕНЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТИ ЯДЕР В ОНТОГЕНЕЗЕ ЧЕЛОВЕКА