Электросмос. Электросмосты 1808 жылы профессор Ф.Ф. Рейс ашқан. Сол кездері ашылған су электролизін зерттеп, Рейсс электролиз өнімдерін бөлу үшін U-тәрізді түтікшеге ұнтақталған кварцты орналастырады. Электродтарға (~100 В) кернеу берілгенде судың теріс полюске қарай жылжитынын байқады (45-сурет). Тоқ жүргенде сұйықтық деңгейлерінің айырымы айтарлықтай болып (~20 см), тоқ тоқтатылғанда сұйықтық бастапқы деңгейге түсті.
Электросмос дегеніміз капиллярлар мен кеуекті денелердегі электр өрісінің әсерінен сұйықтықтың қозғалуы. Электросмостың себебі келесіде. Ұнтақталған кварц кеуекті дисперсті жүйеге жатады. Кварц бөлшектерінің сумен шекарасында ҚЭҚ түзіліп, бөлшектердің бетінде электрлік заряд пайда болады. Бөлшекке әсер етуші электрлік өрістің күші (14.3)-теңдеуімен анықталады.
Сыртқы электр өрісі сұйықтықты жылжытып, қатты фаза (құм бөлшектері) қозғалмайды. Кедергі күшін Стокстың тұтқыр үйкеліс күші көрсетеді. Сырғанау жазықтығындағы, яғни Δ қашықтықтағы сұйықтықтың жұқа қабаты ғана ағады. Сондықтан тұтқыр үйкеліс күші (14.5)-теңдеуімен анықталады. Екі күш те электрфорездегі теңдеулермен анықталатындықтан, электросмостағы сұйықтықтың ағу жылдамдығын
(14.7)
теңдеуі арқылы есептеуге болады.
Бірақ электросмоста кеуекті кеңістіктің күрделілігіне байланысты электр өрісінің кернеулегін E = U/L есептеу қиын, себебі L қашықтығы электродтар арасындағы қашықтыққа сәйкес келмеуі мүмкін. Сондықтан (14.7)-теңдеуін келесі күйде жазған қолайлы:
. (14.8)
(14.8)-теңдеуін электросмос жылдамдығы бойынша электркинетикалық потенциалды есептеу үшін пайдаланады. Электросмос, көбінесе, кеуекті орталар мен материалдарды (мысалы, саз балшықтарды) кептіру үшін қолданылады.
Ағу потенциалы. 1859 жылы кеуекті диафрагмадан (немесе жеке капиллярдан) суды фильтрлегенде оның екі шетінде потенциалдар айырымы пайда болатынын және бұл айырым судың қысымына пропорционал екенін Квинке көрді (46-сурет). Осындай эффект сұйықтық шыны капилляр бойымен аққанда да байқалады. Мұндай электросмосқа кері капиллярлық құбылыс ағу потенциалы не Квинке эффектісі деп аталады.
Ағу потенциалы да басқа электркинетикалық құбылыстарға ұқсас ҚЭҚ диффузиялық бөлігінің құрылысына байланысты.
Бұл құбылыстың механизмін қарапайым жағдай үшін – Δр=р1–р2 қысымдар айырымының әсерінен радиусы r шыны капиллярдағы сұйықтықтың ағуын, - қарастырып, ағыстың ламинарлық шартын қабылдайық:
Re = , (14.9)
мұндағы Re – Рейнольдс саны; υ – ағыстың орташа жылдам-дығы; ρ, η – сұйықтықтың тығыздығы мен тұтқырлығы; d = 2r – түтікшенің диаметрі.
Ламинар ағыстың υ(х) жылдамдығы х=Δ болғанда нолге тең (υ=0) мәнінен түтікшенің дәл ортасында (осінде) максимал мәніне (υ0) дейін өседі.
Түтікшенің сумен шекарасында шынының беттік қабатындағы кремний қышқылының функционал топтарының диссоциациялануынан ҚЭҚ түзіледі. Бұл қабаттың электркинетикалық потенциалын ζ, ал қалыңдығын δ (δ< деп алайық. ҚЭҚ-тың диффузиялық бөлігі (Δ≤х≤δ) сұйықтықтың ағысымен бірге қозғалады. Электрлік зарядты ағыстағы диффузиялық қабаттың қарсы иондары тасымалдайды. Яғни диффузиялық қабатта ағыс бағытында электр тоғы (Іst) пайда болып, оны ағу тоғы немесе конвективті тоқ деп атайды.
Қарсы иондар түтікшенің бір басына жиналып, артық заряд туғызады, керісінше түтікшенің екінші басында қарсы иондардың жеткіліксіздігі байқалады. Нәтижесінде капиллярдың екі шетінде потенциалдар айырымы (U) пайда болады. Бұл кернеудің әсерінен түтікшеде қарама-қарсы бағытталған электрлік тоқ (Іс) туып, динамикалық тепе-теңдікте екі тоқ теңеседі Іst = Іс. Осы жағдайда ағу потенциалын (U) есептейді. Ол үшін электросмос пен электрфорездегі электркинетикалық потенциалды есептеуге арналған теңдеулерді қолданады. Сонымен қатар радиусы r, ұзындығы l түтікшедегі Δр қысымдар айырымынан тұтқырлығы η сұйықтықтың ағысының көлемдік жылдамдығын (υ, м3/с) байланыстыратын Пуазейль теңдеуін пайдаланады:
. (14.10)
Бұл жағдайда ағу потенциалын анықтайтын теңдеу келесі күйде жазылады:
, (14.11)
мұндағы κ – сұйықтықтың меншікті электрөткізгіштігі.
Құбырларда мұнай, бензин, басқа жанар-жағар майлар аққанда ағу потенциалының пайда болу мүмкіндігін ескеру керек. Меншікті электрөткізгіштігі аз полярсыз сұйықтықтар үшін кернеулер бірнеше мың киловольтқа дейін жетуі мүмкін. Мұндай үлкен кернеулер мұнай өндіру зауыттары мен мұнай тасымалдайтын танкерлердегі өрттердің себепкері болады.
Бұл құбылысты медициналық құралдарды өндіргенде де еске алу керек – қанның ағысында биопотенциалдар пайда болуы мүмкін.
Шөгу потенциалы. Бұл электрфорезге кері құбылысты Дорн 1878 жылы ашты. Судағы кварц бөлшектері шөккенде әртүрлі биіктікте орналасқан электродтардың арасында потенциалдар айырымы пайда болады (47-сурет). Бұл құбылыс шөгу не седиментация потенциалы немесе Дорн эффектісі деп аталады.
ҚЭҚ түзілгенде х<Δ қашықтықтағы қарсы иондар бөлшекпен бірге қозғалып, ыдыстың түбінде жиналған тұнбада, қарсы иондардың жеткіліксіздігі байқалады. Нәтижесінде сұйық дисперсиялық ортаның жоғарғы және төменгі қабаттарының арасында потенциалдар айырымы (U) және төменнен жоғарыға қарай бағытталған электр тоғы пайда болады. Динамикалық тепе-теңдіктегі жағдайда:
, (14.12)
мұндағы ρd, ρ0 – дисперстік фаза мен дисперсиялық ортаның тығыздықтары; g – еркін түсу үдеуі; ν – бөлшектердің концентрациясы, м-3; h – суспензияға орнатылған электродтардың арақашықтығы, м; η – сұйықтықтың тұтқырлығы; κ – сұйықтықтың меншікті электрөткізгіштігі.
Шөгу потенциалының әсерінен атмосферада қозғалатын судың тамшыларында найзағайдың жарқырауына себепші болатын заряд пайда болады. Шөгу потенциалдары эмульсияларда да пайда болуы мүмкін, мұндай жағдайда олар өртке қауіпті.
Достарыңызбен бөлісу: |
