Interaction between like-charged colloidal particles in aqueous electrolyte solution: Attractive component arising from solvent granularity

Abstract

The potential of mean force (PMF) between like-charged colloidal particles immersed in aqueous electrolyte solution is studied using the integral equation theory. Solvent molecules are modeled as neutral hard spheres, and ions and colloidal particles are taken to be charged hard spheres. The Coulomb potentials for ion-ion, ioncolloidal particle, and colloidal particle-colloidal particle pairs are divided by the dielectric constant of water. This simple model is employed to account for the effects of solvent granularity neglected in the so-called primitive model. The van der Waals attraction between colloidal particles, which is an essential constituent of conventional DLVO theory, is omitted in the present model. Nevertheless, when the electrolyte concentration is sufficiently high, attractive regions appear in the PMF. In particular, the interaction at small separations is significantly attractive and the contact of colloidal particles is stabilized. This interesting behavior arises from the effects of the translational motion of solvent molecules.

Потенцiал середньої сили мiж одноiменно зарядженими колоїдними частинками, помiщеними у водний розчин електролiту, вивчається методами теорiї iнтегральних рiвнянь. Молекули розчинника моделюються твердими сферами, а iони та колоїднi частинки розглядаються як зарядженi твердi сфери. Кулонiвськi взаємодiї мiж iонами та колоїдними частинками включають дiелектричну сталу води. Ця проста модель використана для врахування ефектiв дискретностi розчинника, якими нехтують в примiтивнiй моделi. Ван дер Ваальсовим притяганням, яке є суттєвою рисою теорiї ДЛВО, в данiй моделi нехтуються. Тим не менше, притягальнi областi виникають в потенцiалi середньої сили при достатньо високих iонних концентрацiях. Зокрема, взаємодiя на малих вiдстанях є достатньо притягальною, щоб стабiлiзувати колоїдну систему. Ця поведiнка виникає за рахунок ефектiв трансляцiйного руху молекул розчинника.