ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΚΟΛΛΟΕΙΔΩΝ Ηλεκτρική διπλοστιβάδα – ηλεκτρικά επιφανειακά φαινόμενα Ηλεκτρική διπλοστιβάδα ≡ διεπιφάνεια μεταξύ δυο φάσεων Ηλεκτροκινητικά φαινόμενα, Μεταφορά μάζας και ενέργειας σε πόρους, Φαινόμενα πόλωσης, Ηλεκτροστατικές απώσεις

Θεωρίες για την ηλεκτρική διπλοστιβάδα Helmholtz 1879 στερεό υγρό ▪ Τα ιόντα δεν είχαν ήταν γνωστά ▪ Η ηλεκτρική διπλοστιβάδα θεωρήθηκε σαν πυκνωτής ▪ Η μεταβολή του δυναμικού θεωρήθηκε γραμμική

Κλασική θεωρία Gouy (1910) και Chapman (1913) ▪ Κινητικότητα των ιόντων στην εξωτερική στιβάδα ▪ Ηλεκτροστατικές (Coulomb) έλξεις των έτερο-ιόντων (counterions) και οι απώσεις των ομο-ιόντων (co-ions) με τα φορτία της επιφάνειας εξισορροπούνται από τη θερμική κίνηση των ιόντων (διάχυση) ισορροπία κατανομής ιόντων → “σύννεφο” ιόντων με φθίνουσα πυκνότητα – στιβάδα διάχυσης

Επιφανειακή πυκνότητα φορτίου Ογκομετρική πυκνότητα φορτίου x=0 ψ=ψ0 x=∞ ψ=0 dψ/dx=0 Συγκέντρωση ιόντων (Boltzmann)

Stern (1924) ▪ Περιορισμένη διάσταση των ιόντων ▪ Ειδική απορρόφηση των ιόντων Παρόμοια με την εξίσωση Langmuir Γi – ο αριθμός των κατειλημμένων θέσεων ιόντων Γ∞ - ο αριθμός των διαθέσημων θέσεων ιόντων (~1014-1015 ιόντα/cm2) Κi – η σταθερά ισορροπίας (Ki=exp[-(Φi+zFψi)/RT] Φi – το απόλυτο δυναμικό ενός ιόντος xi – μοριακό κλάσμα (~18ci)

Βελτίωση της θεωρίας Stern από τον Grahame (1947)

Stern : M+ are metal cations (e.g., Na+ or K+) and A are anions (e.g., Cl-). OHP is the outer Helmholtz plane, which corresponds here to the shear plane where the zeta potential (f) is defined. Q is the surface charge density of the three different layers (mineral surface, Q0, Stern, Qb, and diffuse layer, Qd). C is the capacitance between the ‘‘0-plane’’ and the ‘‘b-plane’’ (C1), and between the ‘‘b-plane’’ and the ‘‘d-plane’’ (C2).

Ηλεκτροκινητικά φαινόμενα Reuss (1808) Τριμμένος χαλαζίας Ηλεκτρολύτης Ηλεκτρο-ώσμωση Electro-osmosis (U=100V, Δh=20cm) Δh Υγρή αργιλός Ηλεκτρολύτης Ηλεκτρο-φόρηση Electro-phoresis

Δεύτερο ήμισυ του 19ου αιώνα Ηλεκτρολύτης Πορώδες διάφραγμα Δυναμικό ροής Streaming potential Ηλεκτρολύτης Κόκκοι χαλαζία Δυναμικό κατακάθισης Sedimentation potential Φαινόμενο Dorn

Ηλεκτρο-ώσμωση Electro-osmosis ζ – ζ-δυναμικό π – 3,14 Ρ – ωσμωτική πίεση r – ακτίνα πόρων Ε – ηλεκτρικό πεδίο ε – διηλεκτρική σταθερά μέσου Helmholtz - Smoluchowski

Δυναμικό ροής Streaming potential ζ – ζ-δυναμικό π – 3,14 η – ιξώδες k – σταθερά Ρ – πίεση r – ακτίνα πόρων Ε – ηλεκτρικό πεδίο ε – διηλεκτρική σταθερά μέσου

Ηλεκτρο-φόρηση Electro-phoresis ζ – ζ-δυναμικό π – 3,14 η – ιξώδες uep – ηλεκτροφοριτική κινητικότητα Ε – ηλεκτρικό πεδίο ε – διηλεκτρική σταθερά μέσου

Δυναμικό κατακάθισης Sedimentation potential ζ – ζ-δυναμικό π – 3,14 η – ιξώδες k – σταθερά Ε – ηλεκτρικό πεδίο ε – διηλεκτρική σταθερά μέσου r – ακτίνα σωματιδίων d, d0 – πυκνότητα σωματιδίων και ρευστού g – επιτάχυνση της βαρύτητας h – απόσταση μεταξύ των ηλετροδίων