Opladningsændring:Hvordan elektriske kræfter varierer i kolloider

Ved beregning af elektrokinetisk kraft, konventionen har været at antage, at der ikke er nogen relativ hastighed af væsken i forhold til overfladen, hvilket gælder for hydrofile overflader. Imidlertid, dette skal genovervejes for hydrofobe overflader. Prof Hiroyuki Ohshima fra Tokyo University of Science har gennemført teoretisk forskning om elektrokinetiske fænomener i kolloidale partikler i 50 år. Nu, han har opsummeret nogle af de store fund inden for sit felt i en overbevisende gennemgangsartikel.

Kolloide suspensioner er heterogene blandinger af partikler med diametre på ca. 2-500 nanometer, som suspenderes permanent i en anden fase, normalt en væske. På grund af den lille partikelstørrelse af det suspenderede materiale, et kolloid ikke adskilles i sine karakteristiske komponenter, selvom det får lov at forblive uforstyrret, det suspenderede materiale kan heller ikke adskilles ved filtrering. Kolloider skelnes fra andre typer blandinger med flere vigtige særprægede egenskaber, hvoraf den ene er den elektrokinetiske kraft i kolloide suspensioner, også kendt som "zeta -potentialet".

For at udforske zeta potentiale, vi skal først forstå, hvad en "glidende overflade" er. En glidende overflade er et "elektrisk dobbeltlag", der dannes på overfladen af ​​ethvert objekt, når det udsættes for en væske. Dette dobbeltlag består af et lag af ladninger, der klæber til objektets overflade som følge af kemiske interaktioner, og et andet lag med modsatte ladninger, der tiltrækkes til det første lag. På grund af tiltrækningen mellem disse to lag modsatte "ioner" eller ladninger, der skabes et elektrisk potentiale, og dette er zeta -potentialet. Zeta -potentialet forekommer også i dobbeltlag på overfladen af ​​partikler, der er suspenderet i kolloider.

Prof Hiroyuki Ohshima fra Tokyo University of Science har været en livslang teoretisk forsker i elektrokinetiske fænomener, såsom bevægelse af kolloidale partikler i et elektrisk felt og elektrostatiske interaktioner mellem kolloidale partikler. Han har for nylig opsummeret nogle af de store fund inden for sit felt i en anmeldelse, der blev offentliggjort i tidsskriftet Fremskridt inden for kolloid- og grænsefladevidenskab . Han hævder betydningen af ​​zeta -potentiale i kolloid overfladekemi. Ifølge ham, "dispersionsstabiliteten af ​​kolloidale partikler, hvilket er et af de vigtigste spørgsmål inden for kolloid overfladekemi, afhænger meget af partiklernes zeta -potentiale. "

Zeta -potentialet beregnes ud fra partiklernes elektroforetiske mobilitet. Indtil nu, væskens skridsikre grænsetilstand, som antager, at væsken vil have nulhastighed i forhold til grænsen, er blevet anvendt ved beregning af zeta -potentialet. Imidlertid, mens denne betingelse er gældende for partikler med en hydrofil ("vandelskende") overflade, det kan ikke påføres partikler med en hydrofob ("vandsky") overflade. I dette tilfælde, Navier -grænsetilstanden, som betragter væskens relative hastighed, anvendes.

I Navier -grænsetilstand, effekten af ​​det hydrodynamiske slip er kendetegnet ved glidningslængden. Når overfladen er hydrofil, glidningslængden anses for at være nul, og det stiger gradvist med stigningen i overfladens hydrofobicitet, hvor partikeloverfladens molekyler svagt interagerer med molekylerne i den omgivende fase, så der opstår væskeslip. I overensstemmelse, en uendelig stor glidelængde svarer teoretisk set til en helt hydrofob overflade. Ud fra disse oplysninger, teoretiske beregninger viser, at elektroforetisk mobilitet og sedimentationspotentiale stiger med stigende glidelængde.

Ifølge professor Ohshima, hvad der er mere interessant er, at hvis vi accepterer muligheden for tilstedeværelse af en glidende overflade på en sfærisk fast kolloid partikel, vi kan observere, at de faste elektrokinetiske egenskaber ved denne faste partikel vil være hydrodynamisk ens til en væskedråbes.

Disse fund fremhæver vigtigheden af ​​at genoverveje, hvordan de elektrokinetiske egenskaber af hydrofile og hydrofobe overflader varierer og viser, hvordan de påvirker dynamikken i kolloidale suspensioner. Prof Ohshima slutter, "Vi har konstrueret en generel teori, der beskriver forskellige elektrokinetiske fænomener af partikler med en glidende overflade. Ved at anvende denne teori, vi kunne forvente en mere nøjagtig evaluering af zetapotentialet og kolloidal partikeldispersionsstabilitet i fremtiden. "