bélyegkép|300x300px|A diszperzióból a negatív felületi töltésű részecske felszínére gyűlnek a kationok (Stern-réteg), azokhoz pedig az anionok, a felülettől távolodva, egyre lazábban. A grafikon a kialakuló elektromos potenciált mutatja a részecske felszínétől mért távolság függvényében. A legkülső jelölt részhez tartozik a zéta (ζ) potenciál. A zéta-potenciál a lamináris áramlásba merített részecskéhez tapadó folyadék felszínén mérhető elektromos potenciál.
A zeta-potenciál gyakorlatilag a kolloid diszperziókban fellépő elektrokinetikus potenciál. A kolloidkémiai szakirodalomban általában a görög zeta (ζ) betűvel jelölik, innen ered a ζ-potenciál elnevezés. A szokásos mértékegysége a volt (V) de leggyakrabban millivoltban (mV) adják meg. Elméleti szempontból a zeta-potenciál a határfelületi elektromos kettős réteg (angolul: Dual Layer, DL) a részecskét körülvevő, ahhoz tapadó folyadék-határfelület és a folyadék ettől távol eső pontja közötti potenciálkülönbség.
Lamináris áramlás magyarul réteges áramlást jelent. Egy-egy rétegben azonos sebességgel haladnak a folyadékrészecskék, a szomszédos rétegeken belüli sebességek kissé eltérnek. Nedvesítő folyadék esetén a részecskét egy határréteg veszi körül és az felett van az ún. csúszóréteg (angolul: slipping plane), amelyik már mozog hozzá képest.
A zeta-potenciált a csúszó réteg által határolt régióban lévő nettó elektromos töltés okozza. Ezért széles körben használják a részecske valódi felületi töltésének meghatározására. A zeta-potenciál azonban nem egyezik meg a Stern-potenciállal vagy a részecske felszínének felületi potenciájával a kettős rétegben mivel ezek, a mellékelt rajzon jelölt, különböző helyeken vannak meghatározva. A zeta-potenciál gyakran az egyetlen rendelkezésre álló módszer a kettős réteg tulajdonságainak jellemzésére.
A zeta-potenciál a kolloid diszperziók stabilitásának fontos és könnyen mérhető mutatója, értéke a diszperzióban lévő szomszédos, hasonló töltésű részecskék közötti elektrosztatikus taszítás mértékét jelzi. Elég kicsi molekulák és részecskék esetén a magas zeta-potenciál stabilitást biztosít: az oldat, vagy a diszperzió ellenáll a koagulációnak (részecskék összetapadásának). Amikor a zeta-potenciál kicsi, a vonzóerők meghaladhatják ezt a taszítást, és a diszperzió megtörhet és flokkulálhat (az összetapadó, ezáltal nehézzé váló részecskék kiülepednek). Tehát a magas zeta-potenciálú kolloidok elektromosan stabilizálódnak, míg az alacsony zeta-potenciálú kolloidok hajlamosak koagulálódni és flokkulálni, ahogy az a táblázatban látható. +Kolloidok stabilitása a zeta-potenciál függvényében A zéta-potenciál nagysága (mV) Stabilitási viselkedés 0-tól 5-ig Gyors koaguláció vagy flokkuláció 10-től 30-ig Kezdődő instabilitás 30-40 Mérsékelt stabilitás 40-től 60-ig Jó stabilitás >61 Kiváló stabilitás
A zéta-potenciál a komplex polimerek pKa- értékének becslésére is használható, amit egyébként, hagyományos módszerekkel nehéz pontosan mérni. Ez segíthet a különféle szintetikus és természetes polimerek ionizációs viselkedésének tanulmányozását, különböző körülmények között és segíthet a pH-érzékeny polimerek oldódási-pH-küszöbértékeinek meghatározásában.
Mérése bélyegkép|373x373px|Malvern Zetasizer berendezés, felette a speciális mérőküvetták dobozával. A zeta-potenciál mérésére számos módszer létezik az ISO szabványokban. Ezek a dokumentumok részletesen leírják az elektroforetikus mozgékonyság amelyek nyers kísérleti adatként szolgál a zeta-potenciál további kiszámításához. Általános áttekintést is tartalmaznak a mért nyers adatokból a zeta-potenciál kiszámításához szükséges elméleti modellekről.
Elektrokinetikus jelenségek Az elektroforézist a részecskék zeta-potenciáljának meghatározására használják, míg az áramlási potenciált/áramot (angolul electro-osmotic flow, EOF) porózus testek, vagy sík felületek (bevonatai) esetében.
A gyakorlatban a diszperzió zeta-potenciálját úgy mérik meg, hogy homogén, állandó elektromos teret kapcsolnak a diszperzióra. Ennek hatására a benne lévő, zeta-potenciállal rendelkező részecskék a potenciáljuk nagyságával arányos sebességgel vándorolnak az ellentétes töltésű elektróda felé.
Lézer-doppler módszerrel mérik a vándorlásuk sebességét, vagyis a mozgékonyságot, amit a részecskékről visszaverődő lézerfény frekvencia- vagy fázieltolódásából határoznak meg, vagy esetleg a dinamikus fényszórás (DLS) útján. A folyadék viszkozitása és dielektromos állandójának ismeretében a zeta-potenciál, a Smoluchowski-elméletek alkalmazásával így számolható ki:
Ha felületek felszínének zéta-potenciálját szeretnék meghatározni, akkor az elektroozmotikus áramlás elméletét kell alkalmazni.
Számítása A zéta-potenciál kísérleti adatokból történő kiszámításának legismertebb és legszélesebb körben használt elmélete Marian Smoluchowski 1903-ban közzé tett eredménye. Ez bármilyen alakú és koncentrációjú diszpergált részecskékre érvényes, a következő alkalmazhatósági korlátokkal:
Részletes elméleti elemzés igazolta, csak kellően vékony kettős réteg esetén érvényes, amikor az Debye-távolság, sokkal kisebb, mint a részecske sugara, vagyis A „vékony kettős réteg” modell igen jelentősen leegyszerűsítést kínál nemcsak az elektroforézis-elmélet, hanem számos más elektrokinetikai és elektroakusztikus elmélet számára is. Ez a modell a legtöbb vizes rendszerre érvényes, mivel vízben a Debye-hossz jellemzően csak néhány nanométer. A modell csak olyan nanokolloidok esetén nem ad elég jó közelítést, amelynek ionerőssége megközelíti a tiszta víz ionerősségét. Smoluchowski elmélete elhanyagolja a felületi vezetőképesség hozzájárulását, vagyis feltételezi, hogy az un. Dukhin-szám kicsi.
A 20. században számos tanulmány célja volt a szélesebb érvényességi skálájú elektroforetikus és elektroakusztikus elméletek kidolgozása. Számos analitikus elmélet létezik, amelyek figyelembe veszik a felületi vezetőképességet, és kiküszöbölik a kis Dukhin-szám korlátozását mind az elektrokinetikai, mind az elektroakusztikus alkalmazásokban.
Jegyzetek
Kategória:Kolloidkémia Kategória:Lapok ellenőrizetlen fordításokkal
Fordítás
Kapcsolódó szócikkek
Debye–Hückel-elmélet Elektroforézis Kolloid