TÍNH CHẤT CỦA HỆ KEO
3.3. TÍNH CHẤT ĐIỆN HỌC CỦA HỆ KEO
3.3.2. Cấu tạo lớp điện kép
Theo thí nghiệm của Reusse về sự hình thành lớp điện kép trên bề mặt hạt keo ta nhận thấy. Sau khi nhân hạt keo được hình thành, do diện tích bề mặt lớn mà các tiểu phân hạt nhân sẽ hấp phụ chọn lọc các ion lên bề mặt tạo nên lớp điện tích tạo thế (âm hoặc dương) và gắn chặt vào hạt nhân.
Trong môi trường lúc này có nhiều ion trái dấu với ion tạo thế được các hạt keo thu hút vào nhân tạo nên lớp ion đối dấu khá tập trung và bám sát lớp bề mặt các hạt keo lớp này về sau được gọi là lớp Stern.
Do chuyển động nhiệt của các phân tử dung môi, một dố ion đối dấu có khuynh hướng di chuyển linh động theo môi trường tạo nên bề mặt trượt gọi là thế điện động học ξ (zêta). Từ bề mặt trượt trở ra xa nhân là lớp khuếch tán tương thích với lớp Gouy và Chapman.
Cấu tạo của lớp điện tích kép rất phức tạp. Điện tích của pha rắn được phân bố đều trên toàn bộ bề mặt của hạt keo là do bản chất của hệ keo quyết định. Còn lớp ion đối dấu đầu tiên nằm trong pha lỏng tiếp xúc với pha rắn tạo lớp ion đối dấu gắn chặt với lớp tạo thế hiệu hình thành thế nhiệt động học . Tiếp theo các ion đối dấu ở xa hơn hình thành bề mặt trượt dễ linh động, tại ranh giới bề mặt trượt xuất hiện thế điện động học ξ , xa hơn là các ion còn lại của lớp khuếch tán dễ linh động và di chuyển cung môi trường.
Quan điểm giải thích về thế điện thế kép của tiểu phân hạt keo được các nhà khoa học trình bày như sau :
Quan điểm của Helmholz
Quan niệm này đơn giản, đầu tiên ông cho rằng các ion tạo thế được hấp phụ ở bề mặt rắn của hạt keo cùng với ion đối dấu ở dung dịch sắp xếp như một tụ điện phẳng.
Cấu tạo của tụ điện gồm một bảng là các ion ở bề mặt rắn tạo thế quyết định còn bảng kia là những ion đối dấu ở dung dịch sát bề mặt rắn tạo thành.
Sự thay đổi điện thế ở chổ tiếp giáp rắn – lỏng giống như tụ điện phẳng, nghĩa là thay đổi tuyến tính theo khoảng cách.
Quan điểm Gouy và Chapman
Hình 3.9. Sự thay đổi nồng độ ion thao khoảng cách
Năm 1910, Gouy và Chapman cho rằng những ion đối dấu với điện tích bề mặt của tiểu phân keo bị kéo vào sát bề mặt và phân bố giảm dần dần vào lòng dung dịch theo đường cong chứ không phải giảm đột ngột và tuyến tính như thuyết Hemholtz.
Thuyết Gouy và Chapman tương đối rất gần với lớp điện thế kép trên bề mặt các tiểu phân hạt keo.
Quan điểm của Stern
Năm 1924, Stern đã nêu một quan niệm tổng quát hơn về cấu tạo lớp điện kép như sau :
- Do hiện tượng hấp phụ mà bề mặt pha rắn có ion tạo thế khi tiếp xúc với pha lỏng (có ion điện tích đối dấu) sẽ hút các ion đối dấu tạo thành lớp ion đối.
- Lớp ion đối dấu với lớp điện tích bề mặt rắn nằm ở lớp dung dịch sát bề mặt, có tổng điện tích cân bằng với điện tích bề mặt, gồm 2 phần :
+ Phần lớn ion đối dấu bị hút tĩnh điện kéo sát vào bề mặt rắn, tạo thành một lớp điện tích trái dấu, cách bề mặt một khoảng ( có độ lớn khoảng một vài bán kính ion này là lớp Stern, có mật độ hiệu thế tuyến tính) lớp này trước đây được gọi là lớp Hemholtz.
+ Phần còn lại ít hơn, gồm các ion đối dấu được phân bố một cách khuếch tán vào dung dịch, theo mật độ giảm dần khi đi xa bề mặt. Vì thế phần này được gọi là lớp khuếch tán, tương ứng với lớp Gouy và Chapman.
Điện tích ở bề mặt rắn chính là do lớp ion tạo thế quyết định thế hiệu. Các ion lớp Stern tạo ra một cấu trúc giống tụ điện phẳng, ở sát bề mặt rắn của hạt keo nên bị giữ bằng lực hút tĩnh điện rất chắc chắn. Còn những ion lớp khuếch tán ở bên ngoài nên gắn với bề mặt rắn lỏng lẻo hơn.
Như vậy, giữa lớp Gouy va Chapman của lớp khuếch tán và nhân gồm lớp Stern có một ranh giới bề mặt, ranh giới này xuất hiện rõ rệt khi đặt hệ keo vào một điện trường.
Dưới tác động của điện trường, lớp ion đối dấu của lớp khuếch tán trượt khỏi bề mặt và chuyển dịch về điện cực trái dấu và ranh giới này gọi là bề mặt trượt.
Thế của lớp điện tích ở bề mặt trượt gọi là thế điện động học zêta ký hiệu ξ . Giả sử có các cation điện tích dương bị hấp phụ trên bề mặt hạt keo aa’ và những anion đối dấu nằm ở pha lỏng có bề mặt ngăn cách bb’, cách aa’ một khoảng hẹp. Khảo sát sơ đồ cấu tạo của lớp điện kép trên hình cấu trúc tiểu phân ta thấy :
- aa’: là ranh giới tiếp xúc và cation tạo thế bị hấp phụ trên aa’.
- bb’: là bề mặt trượt, đó là ranh giới giữa pha động và pha tĩnh.
Phần nhiều ion đối dấu bằn trong khu vực này, tạo ra tụ phẳng với điện tích bề mặt gọi là thế nhiệt động học , phần ion đối còn lại nằm ở khoảng cách xa hơn gọi là (delta) nơi có thế điện động ξ .
Khi áp vào hệ một điện trường thì mỗi nhân hạt keo được gắn với một lớp tạo thế và lớp ion đối gọi là lớp Stern có chiều dài chuyển động về một cực gọi là hiện tượng điện chuyển hay điện di.
Còn phần pha lỏng từ bề mặt bb’ trở ra môi trường khuếch tán chuyển dịch về điện cực trái dấu gọi là hiện tượng điện thẩm.