Термодинамический и электрокинетический потенциалы

В случае лиофобных систем агрегат мицеллы окружен слоями ионов. Первый слой ионов, адсорбированный агрегатом, входит в состав ядра и своим зарядом задаст знак заряда ядра и гранулы. Два следующих слоя — слой противоионов адсорбционного слоя и диффузный слой — окружают ядро слоями ионов противоположного заряда, что делает мицеллу нейтральной.

Слои ионов вокруг агрегата и противоинов адсорбционного и диффузного слоев представляют собой двойной электрический слой. Число положительных и отрицательных зарядов в нем одинаково, поэтому мицелла электронейтральна. Знак заряда коллоидной частицы определяется ионами, адсорбированными агрегатом.

Между ядром и раствором возникает полный электрический потенциал, или термодинамический (р (фи)-потенциал, представляющий собой разность потенциалов между всеми положительными и отрицательными зарядами мицеллы.

Другой потенциал, называемый электрокинетическим, или ^(дзета)-потенциалом, возникает между адсорбционным и диффузным слоями ионов. Электрокинетический потенциал назван так, потому что диффузный слой подвижен и может смещаться при движении мицеллы. Этот потенциал составляет часть полного потенциала и меньше термодинамического (рис. 8.8).

Дзета-потенциал снижается по мере удаления от поверхности гранулы (или твердого тела). На (^-потенциал влияет концентрация ионов в растворе. При увеличении концентрации ионов (^-потенциал уменьшается за счет перехода части ионов диффузного слоя в адсорбционный или вследствие замены ионов одного знака на ионы другого знака (рис. 8.9). Отметим, что между отрицательным и положительным слоями ионов располагаются молекулы воды, изолирующие слои для предотвращения их разряда (конденсатор).

Добавление ионов, особенно многозарядных, может привести к их адсорбции в таких количествах, что произойдет перезарядка гранулы и изменится знак (^-потенциала. Когда все противоионы находятся в адсорбционном слое, (^-потенциал становится равным нулю. Подобное состояние называется изоэлектрическим или изоэлектрической точкой.

Рис. 8.8. Сопоставление термодинамического ф-потенциала и электрокинетического ^-потенциала

Рис. 8.9. Изменение термодинамического ср-потенциала и электрокинетического^{-потенциала} до (/) и после (2) введения электролита (катионов) С увеличением концентрации ионов электрокинетический потенциал уменьшается, переходит через изоэлектрическую точку, изменяет знак заряда на противоположный и снова увеличивается.

В изоэлектрическом состоянии электрокинетический потенциал равен нулю, дисперсные системы наименее устойчивы, частицы укрупняются, выпадают в осадок, и из ядра, играющего роль кристаллического зародыша, вырастает кристалл. Лиофильные системы, в отличие от лиофобных, в изоэлектрическом состоянии устойчивы (кроме некоторых белков).