Н. Каразина С. В

СТРОЕНИЕ ДВОЙНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СЛОЯ

В электрическом поле заряженной поверхности ионы с зарядом, про- тивоположным заряду поверхности, притягиваются к ней, с одноименными – отталкиваются. В то же время хаотическое тепловое движение рассеивает ионы, распределяя их равномерно по всему объему раствора. Вблизи границы раздела фаз преобладает действие электри- ческого поля поверхности, и противоионы концентрируются возле нее. Кроме того, ионы притягиваются к поверхности силами межмолекулярного взаимодействия. По мере удаления от границы раздела фаз эти силы притяжения ослабевают, и начинает преобладать тепловое движение, избыток противоионов уменьшается и концентрация их приближается к концентрации электролита в объеме. Под влиянием этих противодействующих факторов формируется слой противоионов, суммарный заряд которого полностью компенсирует заряд твердой по- верхности.

Строение двойного электрического слоя впервые было представлено Гельмгольцем и Перреном по аналогии со строением плоского конденса- тора. Согласно их представлениям, на границе соприкасающихся фаз за- ряды располагаются в виде двух рядов разноименных ионов: ряд потен- циалопределяющих ионов на расстоянии, равном радиусу в несольвати- рованном состоянии, и прилегающий к нему ряд противоионов. Толщина электрического слоя близка к молекулярным размерам; потенциал слоя снижается в пределах его толщины линейно до нуля. Однако, подобное строение двойного слоя возможно при отсутствии теплового движения ионов. В реальных же условиях распределение зарядов на границе раз- дела фаз определяется соотношением сил электростатического притяже- ния ионов и теплового движения ионов, стремящихся равномерно рас- пределиться во всем объеме жидкой или газообразной фазы. Независимо друг от друга Гуи и Чепмен предположили, что двойной электрический слой имеет диффузное (размытое) строение и все противоионы находятся в диффузной его части – в диффузн₁о₇м₉ слое.

первый слой может состо- ять даже из ионов, одно- именных с потенциалопре- деляющими.

Рис. 8.2. Схема строения двойного электри- ческого слоя по Штерну.

Особенности образования первого слоя ионов в жидкости отражены в его названии – адсорбционный слой. За пределами адсорбционного слоя начинается диффузный слой. Формирование диффузного слоя опре- деляется двумя противоположными процессами: притяжением ионов к поверхности за счет электростатического взаимодействия, в связи с чем концентрация их у поверхности должна возрастать, и оттоком ионов из области высоких концентраций, то есть вблизи поверхности, в объем в результате диффузии. Повышение концентрации электролитов приводит к сжатию диффузного слоя, причем способность ионов сжимать диффуз- ный слой возрастает с увеличением их заряда. Строение двойного элек- трического слоя в соответствии с теорией Штерна показано на рис. 8.2.

ствует

_s -потенциалу, или потенциалу твердой поверхности;

_ -потенциалу, или адсорбционному потенциалу; дзета-(  )-потенциалу

или электрокинетическому потенциалу (рис. 8.2).

_s -потенциал численно

равен работе переноса единичного (элементарного) заряда с поверхности

твердой фазы в глубину объема раствора, где

 0 .

_ -потенциал опре-

деляется на границе слоя Штерна и диффузного слоя противоионов (ли- ния АА).  -потенциал является потенциалом плоскости скольжения (ли- ния ВВ). Плоскость скольжения обычно проходит по диффузному слою, и часть его ионов остается в дисперсионной среде. В результате дисперси- онная среда и дисперсная фаза оказываются противоположно заряжен- ными. Электрокинетический потенциал численно равен работе переноса

единичного заряда из точки в объеме раствора, скольжения.

 0 , на поверхность

В пределах слоя Штерна наблюдается прямолинейное уменьшение

потенциала с увеличением расстояния (как в плоском конденсаторе) от

значения _s

до _

(линия MN на рис. 8.2), в диффузном же слое потен-

циал с увеличением расстояния уменьшается от значения _

до нуля по

экспоненциальному закону Больцмана при _ 25 мВ (линия NK на рис. 8.2)

_x  _e^x , (8.5)

где x – расстояние от границы слоя Штерна до точки внутри жидкой фа- зы. Величина, обратная  в уравнении (8.5), 1/  – представляет собой эффективную толщину диффузного слоя – расстояние, на котором потен-

циал от значения _

уменьшается в e раз. Толщина ДЭС, как и толщина