2022-04-06 19:09:17, 仪思奇科技 仪思奇(北京)科技发展有限公司
什么是德拜屏蔽?为什么要知道德拜长度
在胶体体系中,颗粒间的运动和力通常受相邻颗粒的电荷影响。当我们测量zeta电位时,颗粒的有效电荷的测定才是真正要探讨的问题。换言之:zeta电位是衡量一个颗粒/分子的电荷是如何影响另一个颗粒/分子的运动的。全电位描述了(探针)颗粒受电荷影响的程度,作为距离的函数,它当然会随着距离的变化而变化:当一个带正电的探针颗粒靠近另一个带正电的颗粒时,它会非常“注意”另一个带正电的颗粒的电荷——然而,当它离另一个粒子较远时,它不会太“注意”它。物理学将其描述为静电势随1/r(或探针与颗粒之间距离)的变化而下降。
当样品通过在分散液中添加额外的离子而改变时,如盐NaCl的存在,会发生一个有趣的效果,盐的离子(也会有正的[Na+]和负的[Cl-]离子)会在带正电荷的颗粒周围排列。当存在大量盐时,许多离子将倾向于在颗粒周围形成一团离子,这将产生屏蔽或减弱颗粒净电荷的净效应。这种效应以德拜命名,这种屏蔽的一个特征长度量度称作德拜长度,它是与静电力显著减小(到1/e)的颗粒的距离。高浓度盐的缓冲液或溶液的德拜长度很小,只有少量额外离子的溶液的德拜长度很长。
对于25℃水溶液中的单价离子,Debye-Hückel德拜长度1/k以纳米为单位(最终可从DLVO理论推导)。作为水缓冲液中典型德拜长度的一个例子。
100mM的盐:~1nm德拜长度
10mM的盐:~3nm德拜长度
1mM的盐:~10nm德拜长度
Q
德拜屏蔽与zeta电位
因为离子对静电势的影响,这种影响在zeta电位的测量中可以观察到。Zeta电位测量是一种测量在胶体双电层滑动面上静电势影响强度的方法。当向胶体样品中加入更多的离子时,有效zeta电位将降低,因为它被Debye-Hückel屏蔽云中的反离子所“屏蔽”。当减少样品中离子的存在时,情况正好相反:电荷现在到达更远的地方,其净效应更强,从而产生更强的zeta电位。
在不同离子强度的硝酸锂LiNO3中制备的氧化铝颗粒数据中可以观察到这种效应:较低的盐浓度显示出较强的zeta电位,而较高的盐浓度抑制了观测值,使zeta电位更接近于零。
Q
德拜长度和价态
离子的价态Z对德拜长度有影响:价态越大,德拜长度越小,即离子屏蔽静电力的效率越高。有趣的是,当进行电解质聚沉时,且“目标”zeta电位接近于零时,具有较大价态的离子能够更早地影响聚沉,即聚沉发生在较低浓度下。
多价态离子尤其重要。它们对表面电荷屏蔽的影响与反离子价态有关。二价反离子的聚沉浓度平均比一价离子低100倍左右,三价离子的聚沉浓度平均比一价离子低1000倍左右。这被称为Schulze-Hardy法则,是对在水处理厂中使用铝[Al3+]或铁[Fe3+]离子导致具有负zeta电位的颗粒聚沉的解释。
因此,盐或其他离子的存在对胶体样品中的静电力的到达有很大的影响。
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