ЭЛЕКТРОПОВЕРХНОСТНЫЕ СВОЙСТВА ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ : ДВОЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ

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 : + 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 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. 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 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 (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 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 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-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 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 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 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. I — (n-x)K + } x- x. K +

— 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+ + + + + + + + ++++ + + + + + + + + + + + + Граница скольжения СОСТОЯНИЕ ВОДЫ ВБЛИЗИ ЗАРЯЖЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ

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, с. 170, 1975)

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

φ 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 достроить кристаллическую решетку Не меняют Меняют Неиндифферентные Содержат ионы, которые могут достроить кристаллическую решетку Меняют

х- — 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 + 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 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 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 Ионообменная смола. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИОННОГО ОБМЕНА ДЛЯ УМЯГЧЕНИЯ ВОДЫ

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)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) — 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 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 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, 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: — 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 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) 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 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