Коллоидная химия
Поляризация поверхности за счёт внешнего электрического поля
жүктеу/скачать 1,83 Mb.
|
Лекция коллоид рус
- Бұл бет үшін навигация:
- 5.3. Строение ДЭС
| 4. Поляризация поверхности за счёт внешнего электрического поля.
Так происходит поляризация ртутного электрода, погруженного в раствор – электролит. 5.3. Строение ДЭС Современная теория строения ДЭС (развитая в работах Гуи(*), Чапмена(*), Штерна(*), Фрумкина(*), Грэма(*), Гельмгольца(*)) основана на анализе электростатического взаимодействия ионов в ДЭС в сопоставлении с межмолекулярном взаимодействием и тепловым движением ионов. Согласно этой теории, на поверхности частиц дисперсной фазы возникает заряд вследствие адсорбции потенциалопределяющих ионов или поверхностной ионизации. В случае адсорбции потенциалобразующих ионов (правило Панета – Фаянса) величина и знак полного термодинамического потенциала φо на поверхности частиц дисперсной фазы зависит от количества и знака адсорбированных ионов. Этот потенциал притягивает противоположно заряженные ионы в растворе. Одна часть противоионов примыкает непосредственно к заряженной поверхности, образуя плотный (адсорбционный) слой – слой Гельмгольца, толщина плотного слоя d принимается равной радиусу гидратированного противоиона. Эту часть ДЭС можно рассматривать как плоский конденсатор, в котором потенциал, как известно, снижается линейно. (5.1) Другая часть противоионов под действием теплового движения распространяется вглубь фазы, образуя так называемый диффузный слой, или слой Гуи. Образовавшийся плоский конденсатор необычен. Расстояние между его "обкладками" равно радиусу ионов, то есть стомиллионным долям сантиметра. Если разность потенциалов равна одному вольту, то напряженность электрического тока достигает при этом миллиона вольт на сантиметр. Это очень высокая напряженность. Даже в мощных электростатических ускорителях заряженных частиц она гораздо меньше. Естественно предположить, что при такой высокой напряженности электрического поля реакционная способность веществ меняется, изменяются вообще химические свойства вещества. На катоде такие поля способны извлечь электроны из металлов и вызвать нейтрализацию катионов. А на аноде они обусловливают начальный акт растворения - переход металла из кристаллической решетки в двойной слой в виде ионов.
= e-Х/ (5.2) где - потенциал на границе адсорбционного и диффузного слоев; x - расстояние от начала диффузной части ДЭС в глубину жидкой фазы; δ - толщина диффузной части слоя.
I = ½ Cizi2 - относительная диэлектрическая проницаемость среды, F - постоянная Фарадея, I - ионная сила раствора, Ci- концентрация i – го иона в растворе, zi - заряд иона. Из уравнения (5.3) следует, что δ уменьшается с ростом концентрации электролита, заряда его ионов и с понижением температуры. Экспериментальных методов измерения 0 не существует.
Толщина диффузной части уменьшается при увеличении концентрации ионов электролита (cio), заряда его ионов (zi) и с понижением температуры (Т): (k – коэффициент пропорциональности, включающий диэлектрические постоянные среды и вакуума, универсальную газовую постоянную R и число Фарадея F). Значения δ для сильно разбавленных растворов электролитов составляют десятки нанометров, т.е. намного превосходят размеры молекул и ионов в растворе. Суммарный заряд противоионов адсорбционного слоя не полностью компенсирует заряд поверхности частицы, и на границе раздела адсорбционного и диффузного слоев существует заряд, обуславливающий существование потенциала Штерна (φd- потенциала). Строение диффузной части ДЭС определяется соотношением потенциальной энергии притяжения противоионов к заряженной поверхности и кинетической энергии их теплового движения. Схематическое распределение потенциала в ДЭС см. на рис.5.2: Рис.5.2. Схема распределение потенциала в ДЭС При относительном перемещении фаз происходит разрыв двойного электрического слоя по плоскости скольжения. Разрыв ДЭС может произойти даже вследствие броуновского движения частиц дисперсной фазы. Плоскость скольжения обычно проходит по диффузному слою, и часть его ионов остается в дисперсионной среде. В результате дисперсионная среда и дисперсная фаза оказываются противоположно заряженными. жүктеу/скачать 1,83 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|