Задачи для самостоятельного решения. 2.1. Вычислите электрокинетический z - потенциал частиц золя, если известны скорость их перемещения Vo
2.1. Вычислите электрокинетический z - потенциал частиц золя, если известны скорость их перемещения Vo, градиент электрического поля E, вязкость среды h, диэлектрическая проницаемость среды e.
(e0 = 8,85 * 10-12 ф/м). Форма частиц сферическая.
| Вариант | Дисперсная система | * 106, м/с | Е * 10-2, В/м | e | h*103, Па*с |
| А | Золото – вода | 2,2 | |||
| Б | Висмут – вода | ||||
| В | Олово – этанол | 1,8 | 25,5 | 1,23 | |
| Г | Сульфид мышьяка – вода | 17,3 | |||
| Д | Берлинская лазурь - вода | ||||
| Е | Свинец - метанол | 6,6 | 0,612 | ||
| Ж | Кварц – вода (суспензия) | ||||
| З | Гидрозоль платины |
2.2. Вычислите величину z потенциала на границе, указанной в таблице. Процесс электроосмоса характеризуется следующими данными: сила тока I, время переноса V м3 раствора t, удельная электропроводность среды κ, вязкость h= 10-3 Па*с, диэлектрическая проницаемость e = 81, электрическая константа e0 = 8,85 * 10-12 ф/м.
| Вар. | Граница | I *103 , A | V *108, м3 | t, с | κ *102, См/м |
| А | Кварцевое стекло – водный раствор KCl | 0,8 | 12,4 | 1,6 | |
| Б | Полистирол - водный раствор KCl | 1,56 | 10,4 | ||
| В | Кварц - водный раствор KCl | 6,2 | |||
| Г | Полистирол - водный раствор KCl | 3,5 | 13,5 | ||
| Д | Стеклянная мембрана - водный раствор KCl | 1,35 |
2.3. Вычислите потенциал течения на границе раздела, указанной в таблице, при протекании раствора под давлением Р, если известны электрокинетический потенциал z, удельная электропроводность среды κ, вязкость h, диэлектрическая проницаемость e, электрическая константа e0 = 8,85 *10-12 ф/м.
| Вариант | Граница | Р*10-3, Па*с | z, В | κ, См/м | h*103,Па*с | e |
| А | Керамический фильтр – водный раствор KCl | 0.07 | 0.14 | 0.894 | 78.5 | |
| Б | Керамический фильтр – водный раствор KCl | 20.0 | 0.06 | 0,13 | 80.1 | |
| В | Мембрана BaCO3 – этанол | 9.81 | 0.05 | 0,11 | 1.2 | |
| Г | Кварцевая мембрана – водный раствор NaCl | 0.04 | 0,10 | 80.1 | ||
| д | Коллодиевая мембрана – водный раствор KCl | 26.6 | 0.006 | 0,13 |
2.4. Рассчитайте потенциал седиментации частиц дисперсной фазы с объёмной долей j, в водном растворе. Известны: разность плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды (r - r0), электрокинетический потенциал z, диэлектрическая проницаемость воды e = 81, диэлектрическая константа e0 = 8,85*10-12 ф/м, вязкость воды 10-3 Па*с, удельная электропроводность κ = 10-1 См/м
| Вариант | Дисперсная система | j | z *103, В | (r-r0)*10-3, кг/м |
| А | BaCO3 –раствор NaCl | 0.2 | 2.1 | |
| Б | Al2O3 – раствор KCl | 0.1 |
Экспериментальная часть
Лабораторная работа №1Определение электрокинетического потенциала коллоидных частиц методом электрофореза
Цель работы: 1. Определение электропроводности золя Fe(OH)3 и боковой жидкости.
2. Расчет электрофоретической подвижности и z -потенциала золя Fe(OH)3.
Приборы и реактивы:
Прибор Кёна для электрофореза.
Источник постоянного тока (выпрямитель).
Вольтметр; секундомер; коллоидный раствор Fe(OH)3 ; NH4Cl - 1% раствор.
Одним из основных методов определения скорости электрофореза является метод подвижной границы. Его принцип основан на наблюдении за скоростью передвижения под действием электрического поля границы между обычно мутным или окрашенным коллоидным раствором и прозрачной бесцветной специальной «боковой жидкостью».
В разное время разными исследователями было предложено множество приборов для осуществления этого метода. Наиболее простым по устройству является прибор Кёна (Рис. 2.4). Это широкая стеклянная U образная трубка, каждое колено которой внизу имеет стеклянный кран с диаметром отверстия, равным внутреннему диаметру трубки. Верхние части обоих колен имеют градуировку, каждое большое деление которой равно 1 см. В оба колена трубки вводят платиновые электроды. Коллоидный раствор в прибор вводится с помощью специальной воронки, соединённой узкой стеклянной трубкой с краном с нижней частью U –образной трубки.
Прибор готовится для работы следующим образом: в нижнюю часть U – образной трубки при открытых кранах с помощью воронки вводят исследуемый коллоидный раствор в таком количестве, чтобы его уровень оказался несколько выше кранов, затем закрывают краны на обоих коленах и на трубке, соединяющей прибор с воронкой. Пипеткой или путём простого наклона всего прибора из обоих колен удаляют избыточную жидкость над кранами. После этого в оба колена вводят « боковую жидкость» так чтобы уровни её в обоих коленах находились на одной высоте и лежали на 2 –3 см выше градуировки. В каждое колено вставляют укреплённый на резиновой пробке электрод и осторожно открывают краны (медленно и одновременно) в обоих коленах.
Рис. 2.4.
Рис. 2.4. Прибор для электрофореза: 1,3 – краны; 2 – пипетка; 4 – кран
пипетки
Определение сводится к измерению времени, за которое в одном из колен трубки после включения постоянного тока определённой силы граница раздела коллоидная система – « боковая жидкость» передвинется по шкале на высоту 1 см. Таких определений, не выключая тока, производят несколько и для вычисления скорости электрофореза берут среднее значение. С помощью вольтметра, подключенного параллельно в цепь, отмечают напряжение тока на электродах, оно должно составлять 100¸120 В.
В конце работы измеряют расстояние между двумя электродами по длине трубки для вычисления градиента внешнего потенциала.
При выборе «боковой жидкости» руководствуются определенными требованиями к ее свойствам и составу, « боковая жидкость» должна быть:
1. Прозрачной.
2. Не оказывать влияние на z-потенциал переходящих в нее из золя коллоидных частиц.
3. Обладать электропроводностью, равной или немного большей электропроводности коллоидной системы для обеспечения резкой границы раздела.
В качестве « боковой жидкости» в растворе берется 1% раствор NH4Cl.
Опытные данные заносят в таблицу по форме:
Напряжение U на электродах …. В;
Расстояние между электродами L = ….. см;
Градиент потенциала Е = U/L .
Таблица 1. Результаты эксперимента
| Расстояние пройденное частицами h, см | Время наблюдения, t, с | Скорость передвижения границы при E = 1, см/с | z-потенциал мВ |
Электролитическую подвижность - путь, проходимый частицами в секунду при градиенте потенциала 1 В/см, рассчитывают по формуле:
h – путь, пройденный частицами за τ– с;
E – градиент потенциала внешнего электрического поля, В/ м;
U – разность потенциалов, В;
L – расстояние между электродами, см.
Электрокинетический z-потенциал рассчитывают по уравнению Гельмгольца – Смолуховского:
, где
f – 3/2 – фактор формы шарообразных частиц;
V0 = h/t, м/c – скорость движения частиц золя;
Е = U/L, В/ м – градиент внешнего поля;
e, e0 – Ф/м – диэлектрические проницаемости вакуума и дисперсионной среды.