Zetapotentialet

Zeta potentiale er en videnskabelig betegnelse for elektrokinetisk potentiale i kolloide dispersioner. I Kolloidkemien litteraturen, er det normalt betegnet ved anvendelse det græske bogstav zeta dermed ζ-potentiale. Fra et teoretisk synspunkt, zetapotentialet er det elektriske potentiale i grænseflade-dobbeltlag på placeringen af ​​glider plan i forhold til et punkt i bulkvæskens væk fra grænsefladen. Med andre ord, zeta potentialet er spændingsforskellen mellem dispersionsmedium og den stationære væskelag knyttet til den dispergerede partikel.

Zetapotentialet er forårsaget af nettet elektriske ladning indeholdt i regionen afgrænset af glider plan, og afhænger også af placeringen af ​​dette plan. Således er det almindeligt anvendt til kvantificering af størrelsen af ​​ladningen. Men zeta potentialet ikke er lig med den Stern potentielle eller elektrisk potentiale overflade i dobbelt lag, fordi disse er defineret på forskellige steder. Sådanne antagelser om lighed bør anvendes med forsigtighed. Ikke desto mindre, zetapotentiale er ofte den eneste tilgængelige vej for karakterisering af double-layer egenskaber.

Zetapotentialet er en vigtig indikator for stabilitet af kolloide dispersioner. Størrelsen af ​​zetapotentialet angiver graden af ​​elektrostatiske frastødning mellem tilstødende, tilsvarende ladede partikler i en dispersion. For molekyler og partikler, der er små nok, vil en høj zetapotentiale giver stabilitet, dvs. vil opløsningen eller dispersionen modstå aggregering. Når potentialet er lille, kan tiltrækkende kræfter overskride denne frastødning og dispersionen kan knække og flokkulere. Så er kolloider med høj zetapotentiale elektrisk stabiliseret mens kolloider med lave zeta potentialer tendens til at koagulere eller flokkulere som skitseret i tabellen.

Måling af Zeta-potentiale

Zetapotentialet kan ikke måles direkte, men den kan beregnes ved hjælp af teoretiske modeller og et eksperimentelt bestemmes elektroforetisk mobilitet eller dynamisk elektroforetisk mobilitet.

Elektrokinetiske fænomener og elektroakustiske fænomener er de sædvanlige data til beregning af zeta potentiale.

Elektrokinetiske fænomener

Elektroforese anvendes til estimering af zeta-potentialet af partikler, mens strømningspotentialet / strøm anvendes til porøse organer og flade overflader. I praksis er Zeta potentiale dispersion måles ved hjælp af et elektrisk felt over dispersionen. Partikler i dispersionen med en zeta potentiale vil migrere mod elektroden med modsat ladning med en hastighed proportional med størrelsen af ​​zetapotentialet.

Denne hastighed måles ved hjælp af teknikken af ​​Laser Doppler Anemometer. Hyppigheden skift eller faseforskydningen af ​​en hændelse laserstråle forårsaget af disse bevægelige partikler måles som partiklen mobilitet, og denne mobilitet er konverteret til zetapotentialet ved at indtaste dispergeringsmiddel viskositet og dielektriske permittivitet, og anvendelsen af ​​de Smoluchowski teorier.

Elektroforese

Elektroforetisk hastighed er proportional med elektroforetisk mobilitet, som er målbar parameter. Der er flere teorier, der linker elektroforetisk mobilitet med zeta potentiale. De er kort beskrevet i artiklen om elektroforese og detaljeret i mange bøger om kolloid og grænseflade videnskab. Der er en IUPAC tekniske rapport udarbejdet af en gruppe af verdens eksperter på de elektrokinetiske fænomener.

Fra den instrumentelle synspunkt, er der to forskellige eksperimentelle teknikker: mikroelektroforesecelle og elektroforetisk lysspredning. Mikroelektroforesecelle har den fordel, hvilket gav et billede af de bevægelige partikler. På den anden side er det kompliceret af elektroosmose på væggene i prøvecellen. Elektroforetisk lysspredning er baseret på dynamisk lysspredning. Det giver mulighed for måling i en åben celle, som eliminerer problemet med elektro-osmotisk flow for tilfælde af en Uzgiris, men ikke et kapillært celle. Og kan det anvendes til at beskrive meget små partikler, men på bekostning af det tabte evnen til at vise billeder af bevægelige partikler.

Begge disse måleteknikker kan kræve fortynding af prøven. Sommetider denne fortynding kan påvirke egenskaberne af prøven og ændre zeta potentiale. Der er kun én berettiget måde at udføre denne fortynding - ved hjælp af ligevægt supernatant. I dette tilfælde grænsefladespændingen ligevægt mellem overfladen og størstedelen af ​​den flydende opretholdes og zeta-potentialet ville være den samme for alle volumenbrøkerne af partikler i suspensionen. Når fortyndingsmidlet er kendt, kan yderligere fortyndingsmiddel fremstilles. Hvis fortyndingsmidlet er ukendt, ligevægt supernatant let opnås ved centrifugering.

Elektroakustiske fænomener

Der er to elektroakustiske effekter, der bruges meget til karakterisering zetapotentiale: kolloid vibrationer strøm og el-sonic amplitude, se reference. Der er kommercielt tilgængelige instrumenter, der udnytter disse effekter til måling dynamisk elektroforetisk mobilitet, som afhænger af zeta potentiale.

Elektroakustiske teknikker har den fordel at være i stand til at udføre målinger i intakte prøver, uden fortynding. Udgivet og godt verificerede teorier tillade sådanne målinger på volumenfraktioner op til 50%, se reference. Beregning af zeta potentiale fra den dynamiske elektroforetisk mobilitet kræver oplysninger om tætheder for partikler og væske. Hertil kommer, for større partikler på mere end omtrent 300 nm i information størrelse på partiklen mindstemål, der er godt.

Beregning af Zeta-potentiale

Den mest kendte og udbredte teori til beregning af zeta-potentialet fra eksperimentelle data, der er udviklet af Marian Smoluchowski i 1903. Denne teori blev oprindeligt udviklet til elektroforese; Men er nu også en udvidelse til elektroakustik. Smoluchowski teori er stærk, fordi det er gyldigt for dispergerede partikler af enhver form og enhver koncentration. Men det har sine begrænsninger:

  • Detaljeret teoretisk analyse viste, at Smoluchowski teori gælder kun for et tilstrækkeligt tyndt dobbelt lag, når Debye længde, 1 / κ, er meget mindre end partiklen radius a:
  • Smoluchowski teori forsømmer bidrag overfladen ledningsevne. Dette kommer til udtryk i moderne teorier tilstanden af ​​et lille Dukhin nummer:

Udviklingen af ​​elektroforese og elektroakustiske teorier med en bredere vifte af gyldighed var et formål med mange undersøgelser i løbet af det 20. århundrede. Der er flere analytiske teorier, der inkorporerer overflade ledningsevne og fjerne begrænsningen af ​​det lille Dukhin nummer for både elektrokinetiske og elektroakustiske applikationer.

Tidligt pionerarbejde i den retning går tilbage til Overbeek og Booth.

Moderne, strenge elektrokinetiske teorier, som er gældende for enhver zetapotentialet og ofte enhver κa, stammer primært fra sovjetiske ukrainske og australske skoler. Historisk set den første var Dukhin-Semenikhin teori. En lignende teori blev oprettet 10 år senere af O'Brien og Hunter. Antages et tyndt dobbelt lag, vil disse teorier give resultater, der er meget tæt på den numeriske løsning, som O'Brien og hvid. Der er også generelle elektroakustiske teorier, der er gældende for eventuelle værdier af Debye længde og Dukhin nummer.

  0   0
Forrige artikel Elsa Barker
Næste artikel Arnie Ginsburg

Kommentarer - 0

Ingen kommentar

Tilføj en kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tegn tilbage: 3000
captcha