Электрокинетические явления.

В 1809 Рейс (московский профессор) открыл электроосмос и электрофорез.

Явление перемещения жидкости в пористых телах под действием электрического поля называется электроосмосом.

Явление перемещение частиц дисперсной фазы в электрическом поле называется электрофорезом (частицы имеют заряд противоположный жидкости)

1859г. Квинке показал, что существует явление обратное электроосмосу, т.е. при течение жидкости через пористое тело под давлением возникает разность потенциалов. Явление называется потенциалом течения или протекания. Наблюдается при продавливании жидкости через пористые тела: дерево, глину, песок, графит и т.д. ~ .

1887г. Дорн измеряя при седиментации частиц кварца в центробежном поле, открыл явление обратное электрофорезу. Возникновение  при осаждении дисперсной фазы получило название потенциала седиментации или осаждения (эффект Дорна).

Таким образом электрокинетические явления по причинно – следственным признакам делят на 2 группы:

1. электроосмос, электрофорез – движение фаз вызывается разностью потенциалов ;

2. потенциал течения и потенциал седиментации – движение фаз вызывают

Причина электрокинетических явлений в наличии на границе фаз ДЭС.

При движении фаз происходит разрыв ДЭС по плоскости скольжения, которая проходит через диффузный слой. В результате дисперсная среда и фаза оказываются противоположно заряженными. Потенциал, возникающий на плоскости скольжения, называется ξ – потенциалом или электрокинетическим потенциалом. ξ всегда меньше потенциала диффузного слоя.

Величина ξ зависит от природы фаз, Т, ε, Z, η и может составлять 100 мВ и больше (оксиды).

Электроосмос

Линейная скорость электроосмоса:  - уравнение Гельмгольца-Смолуховского.

                            

 - электроосмотическая подвижность [м²/сВ]

Объемную скорость можно выразить как , где S – площадь поперечного сечение в капилляре.

;                        ;

;                             

L – расстояние между электродами

 - разность потенциалов

I – сила тока, R – сопротивление

 - удельная объемная электропроводность

 - поверхностная проводимость

 - коэф. эффективности диафрагмы - это приращение проводимости в растворе за счет ДЭС, если диаметры капилляров велики, то  можно пренебречь.

Электрофорез

Электрофоретическая подвижность:

;

В разбавленных растворах при 20 ºС: ;

Масса осадка, осевшего на электрод, может быть рассчитана как ;

с – концентрация суспензии;

S – поверхность электродов;

Е – напряженность поля;

τ – время.

Уравнение Гельмгольца - Смолуховского для ξ – потенциала через потенциал течения имеет вид:

, где Dр – приложенное давление.

-потенциал через потенциал седиментации (Е) рассчитывается по формуле:

- число частиц в единице объема;

r – радиус частиц.

Потенциал течения и потенциал седиментации могут являться причиной взрывов и пожаров при перекачке топлива, технологических растворов, осаждении суспензий и эмульсий в связи с возникновением высоких значений разности потенциалов по длине трубопровода или аппарата.

Практическое использование:

  электроосмос – осушка различных объектов (стен зданий, сыпучих материалов, при строительстве плотин, дамб), электроды – полые трубы с отверстиями, фильтрация – трудно фильтруемых сред;

электрофорез – в авто и электронной промышленности используется для нанесения лакокрасочных покрытий на детали сложной формы;

в медицине, а также для фракционирование полимеров.