Электроосмос құбылысын түсіндіріңіз және практикалық қолданылуына мысал келтіріңіз.

Алғаш Квинке электр кинетикалық құбылыстарды фазааралық қос электрлік қабаттың болуымен түсіндірді. Одан кейін Гельмгольц оның теориясын ары дамытып электркинетикалық құбылыстарды сандық түрде түсіндірді. Гельмгольц электр кинетикалық құбылыстарды түсіндіргенде мынандай жағдайды еске алды:

1. Қатты дене мен сұйықтық беттерінің зарядтары қарама-қарсы және бір-біріне параллель орналысып қос электрлік қабат түзеді.

2. Қос электрлік қабаттың қалыңдығы молекулалық шамаға шамалас.

3. Электркинетикалық құбылыстар кезінде қатты фаза бетінде болатын сұйықтық жылжымайды да, ал қалған сұйықтық жылжиды және оған кәдімгі сұйықтыққа қолданылатын үйкелу заңын қолдануға болады.

4. Электркинетикалық құбылыстар кезінде сұйықтықтардың ағуы ламинарлық түрде болады және оны кәдімгі гидродинамикалық теңдеулермен сипаттауға болады.

5. ҚЭҚ - жазық параллельді конденсатор сияқты қарастыруға болады.

6. Зарядтардың қос электрлік қабатта орналасуы сыртқы электр өрісіне байланыссыз болады.

7. Қатты фаза - диэлектрик, ал сұйық фаза тоқ өткізетін фаза болады.

Осы айтылғандарды еске ала отырып электросмос пен электрфорездің жылдамдығы мен ξ-потенциалының арасындағы байланысты табуға болады. Қатты денемен байланысқан потенциаланықтағыш иондармен ерітіндідегі қарсы иондардың қашықтығы δ болсын. Қатты дененің бірлік беттеріндегі заряд q-ға тең болсын. Бұл шаманы басқаша электрдің беттік тығыздығы деп қарастыруға болады. Жазық конденсатор үшін δ, q және ξ шамаларының арасындағы қатынасты былайша қарастыруға болады:

ε - конденсатор арасындағы заттың абсолюттік диэлектрлік өтімділігі.

Бұл теңдеуді басқаша былайша жазуға болады:

Егер қос электр қабатқа потенциал айырмасы E тангенстік түрде әсер етсе, әлектродтарды қашықтығы болса, сыртқы өрістің потенциалдар айырмасының градиенті (Н) мынаған тең:

Тангенстік фазааралық беттегі екі фазаны бір-біріне салыстырмалы түрде қозғайтын электрлік күш потенциалдар айырмасының градиенті Н болғанда мынаған тең:

Стационарлық режимде электрфорез немесе электросмос құбылыстарының жылдамдықтары тұрақты болады, өйткені қозғалтатын электрлік күш пен үйкелу күші теңеседі. Ньютон заңы бойынша бірлік бетке сәйкес келетін үйкелу күші мынаған тең:

Мұндағы η- сұйықтықтың динамикалық тұтқырлығы; u –сұйықтың қатты фазаға қарағандағы қозғалу жылдамдығы; х – сұйықтың жылдамдығы өзгеретін аралықтағы қалыңдығы, қарастырып отырған жағдай үшін оны δ-ға тең деп алуға болады.

Қос электрлік қабатта сұйықтықтың ағу жылдамдығы қашықтыққа тура пропорцианал өзгереді деп, және δ=x деп есептейік:

Электрфорез, иә электросмос құбылысы кезінде олардың жылдамдықтары тұрақты, өйткені (F₁) және үйкелу (F₂) күштері өзара тең: F₁=F₂ ендеше:

 

 

q-ның жоғарғы теңдеудегі мәнін осыған қойып, U – ды табатын болсақ, Гельмгольц-Смолуховский теңдеуін алуға болады:

Көпшілік жағдайда электрфорездің тасымалдану жылдамдығын потенциалдық градиенттің бірлігіне есептейді.

U₀-ді электрфорездік жылдамдық, деп атайды. Оны коллоидтық жүйелердің электрфорезге қабілеттілігін салыстыру үшін қолданады.

Гельмгольц-Смолуховский теңдеуін ξ- потенциалы бойынша шешсек, былайша жазуға болады:

Бұл формуладағы электрфорез, иә электросмос жылдамдығын біле отырып ξ-потенциалын есептеуге болады. Формуладағы қалған шамалар қарастырып отырған жүйе үшін тұрақты шамалар. Егер сырттан берілетін потенциалдар айырымын E вольт, ал -ді см арқылы өлшесек, онда:

 

Бұдан абсолюттік электростатикалық бірлік бойынша ξ-потенциалын былайша табуға болады:

 

Ал практикада басқа потенциалдар сияқты ξ-потенциалын вольт арқылы белгілейтіндіктен, оны в бойынша есептеу үшін соңғы теңдеудің оң жағын тағы да 300-ге көбейту керек:

Көптеген зольдердің эксперимент арқылы анықталғанэлектркинетикалықξ-потенциалының мәні әдетте 20 мен 90 мв аралығында болады.

Электрофорезге эксперимент жүргізгенде құрылысы практикумдерде жазылған арнайы U – тәрізді түтікшеге түсті золь (Fe(OH)₃, MnO₂ немесе т.б.) құйып, оны тұрақты ток көзіне қосып, түсірілген кернеудің градиентін (Н) табады:

Мұндағы Е – кернеу, вольт бойынша; - екі электродтың ара-қашықтығы, м бойынша.

 

Электрофорездік жылдамдықты табу үшін белгілі-бір уақыт аралығындағы (әдетте 3 мин.) зольдің жүрген жолын тауып, оны мына формулаға қойып есептейді:

Мұндағы - уақыт, секунд бойынша.

Электркинетикалық потенциал мына формуламен есептелінеді:

Мұндағы (Д) – судың диэлектрлік тұрақтылығы; - судың тұтқырлығы ; - 8,85·10^-12 д/м