double arrow

Двойного электрического слоя


Современные представления о строении

Существует несколько теорий строения ДЭС, наиболее значительные из них

– теория Гельмгольца-Перрена (1879 г.);

– теория Гуи-Чепмена (1910-1913 г.г.);

– терия Штерна (1924 г.)

Отличие между этими теориями сводится в основном, к различному толкованию структуры слоя противоионов.

Современные представления о строении ДЭС базируются на теории Штерна, объединяющей первые две теории.

1. ДЭС образован потенциалопределяющими ионами, находящимися на поверхности дисперсной фазы, и эквивалентным количеством противоионов, находящихся в дисперсионной среде вблизи поверхности раздела фаз;

2. Потенциалопределяющие ионы прочно связаны с частицей дисперсной фазы хемосорбционными силами и равномерно распределены по ее поверхности, вызывая появление электрического потенциала j0.

3. ДЭС рассматривается как плоскопараллельный. Это допущение приемлемо, т.к. толщина ДЭС намного меньше радиуса кривизны поверхности частицы дисперсной фазы (поэтому нам кажется плоской земля, радиус которой около 6000 км, что значительно больше расстояния, на которое видит человеческий глаз).

4. Слой противоионов состоит из двух частей: плотного адсорбционного слоя (слоя Гельмгольца) и диффузного слоя (слоя Гуи-Чепмена).

Адсорбционный слой противоионов примыкает к заряженной поверхности частицы дисперсной фазы и имеет толщину порядка диаметра гидратированного противоиона – d0

Противоионы адсорбционного слоя связаны с заряженной частицей двумя видами сил – адсорбционными и электростатическими. Эта связь является настолько прочной, что противоионы адсорбционного слоя перемещаются вместе с частицей, образуя с ней единое кинетическое целое – коллоидную частицу. В адсорбционном слое падение потенциала происходит линейно (рис. 27).

За адсорбционным слоем следует диффузный. Противоионы диффузного слоя притягиваются к частице только электростатическими силами (которые с увеличением расстояния уменьшаются). Поэтому эти противоионы менее прочно связаны с частицей по сравнению с противоионами адсорбционного слоя, и при движении частицы отрываются от нее.

На противоионы диффузного слоя большое влияние оказывает тепловое (броуновское) движение. Причем его действие тем сильнее, чем дальше от заряженной поверхности находятся противоионы. В результате теплового движения и взаимного отталкивания противоионы диффузного слоя способны перемещаться в пределах слоя. Падение потенциала в диффузном слое происходит по криволинейной зависимости до 0 (рис. 27).

Толщина диффузного слоя, в отличие от адсорбционного, подвержена влиянию различных факторов: температуры, рН, добавок электролитов, свойств дисперсионной среды.

По Чепмену толщина диффузного слоя ДЭС l равна

,

где К – константа; e – диэлектрическая проницаемость среды; Т – температура;

Таким образом, в ДЭС происходит полная компенсация поверхностного заряда j0 суммарным зарядом противоионов. Потенциал на границе ДЭС равен 0.

Электрически нейтральную коллоидную частицу называют мицеллой.

Взаимное перемещение дисперсной фазы и дисперсионной среды относительно друг друга происходит по плоскости скольжения (смещения) А-А, проходящей вблизи границы адсорбционного и диффузионного слоев противоионов. Поэтому противоионы, находящиеся в адсорбционном слое неподвижны относительно частиц дисперсной фазы и перемещаются вместе с ними.

Потенциал, возникающий на плоскости скольжения, определяет скорость перемещения фаз при наложении электрического поля, т.е. является причиной электрокинетических явлений (электрофорез, электроосмос, потенциалы протекания и оседания). Этот потенциал получил название электрокинетического, или z-потенциала.

       
 
   
Рис. 27. Строение двойного электрического слоя: j – электрический потенциал, h – расстояние от границы раздела (h = 0) дисперсной и дисперсионной фаз;d – толщина ДЭС; d0 – толщина адсорбционной части ДЭС; z – электрокинетический потенциал; А–А – плоскость скольжения  
 


Сейчас читают про: