КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Строение двойного электрического слоя по Гельмгольцу,
Гуи – Чепмену и Штерну
Строение ДЭС впервые было представлено Гельмгольцем и Перреном по аналогии со строением плоского конденсатора. Предполагалось, что, как и в плоском конденсаторе на границе соприкасающихся фаз заряды располагаются в виде 2-х рядов разноименных зарядов. Толщина слоя считалась близкой к молекулярным размерам или размерам сольватирующих ионов. Потенциал слоя снижается на этом расстоянии линейно до 0. Поверхностный заряд определяется в соответствии с теорией плоского конденсатора уравнением: (7.13) где - электрическая постоянная = 8,854·10-12 - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды - расстояние между обкладками - абсолютная диэлектрическая проницаемость Такое строение ДЭС можно предположить, если нет теплового движения ионов. В реальных условиях распределение зарядов на границе раздела фаз определяется силами электростатического притяжения ионов и зависит от электрического потенциала и теплового движения ионов, стремящихся равномерно распределиться в V. К такому выводу пришли Гуи и Чепмен. Они предположили, что ДЭС имеет диффузное размытое строение, все противоионы находятся в диффузной его части – диффузном слое. Толщина диффузного слоя определяется кинетической энергией ионов. Современная теория Штерна – строение ДЭС объединяет две предыдущие теории. Согласно этой теории слой противоионов состоит из 2-х частей. Одна часть находится вблизи межфазной поверхности и образует адсорбционный слой Гельмгольца толщиной не более диаметра гидратированных ионов. Другая часть противоионов находится в диффузной части – диффузном слое Гуи с потенциалом , толщина которого может быть значительной и зависит от свойств и состава системы. Потенциал внутри диффузного слоя меняется нелинейно от расстояния, т.к. ионы в нем распределены неравномерно.
Рис. 7.1. ДЭС и изменение в нем потенциала - адсорбционный потенциал - диффузный потенциал слоя
Толщина адсорбционного слоя Гельмгольца определяется собственным размером ионов. Воображаемая поверхность, проведенная через центры первого слоя противоионов, называется плоскостью максимального приближения, потенциал которой - потенциал плоскости максимального приближения. Под действием приложенного внешнего электрического поля происходит смещение фаз в дисперсной системе относительно друг друга по поверхности скольжения, которая не всегда совпадает с плоскостью максимального приближения и может быть расположена на большом расстоянии от поверхности. Потенциал на поверхности скольжения называется электрокинетическим или -потенциалом. Его можно рассчитать, измерив скорость относительного смещения фаз в электрокинетических явлениях. Он является важной характеристикой ДЭС. Значение -потенциала зависит от числа нескомпенсированных на поверхности скольжения зарядов адсорбционного слоя, т.е. числа ионов в диффузном слое. -потенциал является частью общего скачка потенциала . При введении в дисперсную систему индефферентного электролита, почти не изменяется, а может быть = 0, при этом диффузный слой при увеличении концентрации электролита может сжаться до моноионного слоя и ДЭС превратится в слой Гельмгольца.
Рис. 7.2. Влияние индифферентного электролита на толщину ДЭС и (количество электролита увеличивается от 1 к 4) =0 – изоэлектрическое состояние системы.
Толщина ДЭС
В диффузионной части ДЭС для слабозаряженной поверхности изменение потенциала с расстоянием подчиняется экспоненциальной зависимости согласно уравнению Гуи – Чепмена
(7.14) х – расстояние, æ – уд. электропроводность, æ – const æ = - абсолютная диэлектрическая проницаемость Величина является характеристикой ионной сферы (толщины) при малых . Очевидно, что при - толщина диффузной части ДЭС [æ]=[м-1] (7.15) Таким образом, за толщину диффузного слоя принято рассеяние, на котором потенциал диффузного слоя уменьшается в е раз. По теории сильных электролитов толщину ионной сферы можно выразить уравнением (7.16) - ионная сила электролита К – коэффициент пропорциональности, вкл. и При анализе уравнения (7.16) видно, что 1) введение в раствор ионов с большим зарядом понижается 2) Т увеличивает , за счет теплового движения диффузионный слой размывается 3) Рост диэлектрической проницаемости среды ведет к увеличению диссоциации электролитов и увеличению λ↑ при ↓Z, ↑Т и ↑ε
7.4. Изменение толщины ДЭС и ξ под действием электролитов
Из уравнения (7.16) видно, что толщина диффузного слоя уменьшается с ростом концентрации электролита и заряда ионов. При малых потенциалах ξ определяется, главным образом, толщиной ионной сферы. При высоких потенциалах поверхности (φ о > 50 мВ) на величину ξпотенциала большее влияние оказывает заряд противоиона. суть этого процесса в том, что противоион электролита притягивается к поверхности и сильно её экранирует. Чем больше заряд противоиона, тем выше его способность снижать ξ. Если обозначим - относительную концентрацию противоиона, необходимую для снижения ξ до одного и того же значения (например, 50 мВ)
Способность сжимать ДЭС зависит помимо 1) валентности и от 2) размера (радиуса) иона, 3) поляризуемости, 4) способности гидратироваться. Если противоионы имеют одинаковую валентность, то толщина ДЭС и число противоионов в диффузном слое определяются специфической адсорбционной способностью. С ростом ↑ радиуса иона возрастает его ↑ поляризуемость и ↓ уменьшается гидратация ионов, а это приводит к сжатию ДЭС. Гидратная оболочка затрудняет электростатическое взаимодействие между противоионами и поверхностью твердой фазы.
Способность сжимать ДЭС, уменьшается ДЭС в ряду увеличивается от
Li + к Cs + и от F – к J – Теория Штерна объясняет также изменение знака ξпотенциала (перезарядка) поверхности при введении в систему многовалентных ионов, заряд которых противоположен заряду дисперсной фазы. Многовалентные ионы втягиваются в адсорбционный слой из-за сильных электростатических взаимодействий и из-за высокой адсорбируемости, связанной с поляризуемостью таких ионов. Сорбируясь, эти ионы нейтрализуют заряд твердой поверхности, и далее перезаряжают частицу. Перезарядка приводит к смене противоионов в диффузном слое на ионы с зарядом другого знака. Поверхностный потенциал и потенциал диффузного слоя имеют разные знаки.
Рис.7.3. Изменение падения потенциала ДЭС при перезарядке с помощью сильно адсорбированных ионов 1 – падение потенциала до перезарядки 2 - падение потенциала после перезарядки
Дата добавления: 2014-01-11; Просмотров: 4404; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |