Строение ДЭС
Периодическая система / Курс лекций по Коллоидной химии (Часть 2) / Строение ДЭС
Страница 1

Для простоты рассмотрим плоский ДЭС, хотя в кол системах такой ДЭС практически не встречается. Это допущение оправдано, если толщина ДЭС мала по сравнению с радиусом кривизны поверхности кол частиц.

Пусть ДЭС состоит из ионов одного знака, прочно связанных с дис фазой. Пусть д фаза твердая. Это потенциалопределяющие ионы. Кроме того, ДЭС содержит эквивалентное количество противоположно заряженных ионов (противоионы), находящихся вблизи межфазной поверхности. Заряд на тв поверхности распределен равномерно. Между противоионами, входящими в ДЭС и ионами того же знака, находящимися в жидкости существует динамическое равновесие. Дис среда – непрерывная. Ее влияние на ДЭС определяется только величиной диэл проницаемости. При таком подходе различие теорий ДЭС заключается в толковании структуры слоя противоионов.

Теория Гельмольца-Перрена. ДЭС – плоский конденсатор. Одна обкладка – твердая стенка, вторая находится в жидкости на расстоянии ионного радиуса. Потенциал в таком конденсаторе должен падать круто (по прямой). Значение поверхностного заряда s=ejо/4pd, где e- абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, jо – разность потенциалов между д фазой и раствором; d- расстояние между обкладками. Общий скачок потенциала в таком ДЭС является и скачком потенциала между жидкой и твердой фазой.

Гидродинамические исследования показали, что место разрыва (плоскость скольжения) при перемещении жидкой и твердой фаз относительно друг друга находится в жидкой фазе на сравнительно большом расстоянии от межфазной границы. Т.е. толщина слоя жидкости, прилипающей к тв фазе больше, чем dДЭС Гельмгольца-Перрена. Если бы эта теория была верна, тогда при движении частиц д фазы в эл поле заряд частиц был бы равен нулю, и эл-кин явления были бы невозможны.

Теория Гуи (1910)-Чепмена (1913). В непосредственной близости от межфазной границы противоионы удерживаются за счет электрического поля поверхности. С удалением от межфазной границы напряженность эл поля ослабевает, поэтому все сильнее проявляется рассеивание противоионов в результате теплового движения. Концентрация противоионов при удалении от межфазной границы падает и становится равной концентрации этих ионов в объеме жидкой фазы. Возникает диффузный слой противоионов. Потенциал падает по кривой. Диффузность этого слоя определяется температурой. При Т=0 К все противоионы должны находиться вблизи тв стенки. Т.о. теория Гельмгольца-Перрена – это частный случай теории Гуи-Чепмена.

ЛЕКЦИЯ

Теория Гуи-Чепмена объясняет эл-кин явления. Плоскость скольжения АВ при перемещении жидкой и тв фазы относительно друг друга лежит в жидкости на некотором малом расстоянии от межфазной границы, где потенциал еще не снижен до потенциала жидкости. Разность между потенциалом на границе скольжения и потенциалом жидкой фазы соответствует заряду этой части диффузного слоя. Эта разность и будет определять перемещение фаз при наложении эл поля, т.е. явления электрофореза и электроосмоса. Электрокинетический потенциал xдзета потенциал является частью общего скачка потенциала jо.

При введении в систему индифферентного электролита jо в отличие от xпочти не меняется. С повышением концентрации индифферентного электролита вследствие того, что для компенсации потенциалопределяющих ионов требуется всегда одно и то же (эквивалентное) количество противоионов, толщина ДЭС уменьшается, изменяется распределение в ДЭС потенциала и величина xпотенциала (рис). В пределе ДЭС может сжаться до слоя Гельмгольца-Перрена, при этом x=0. Толщина ионной атмосферы 1/cпо теории сильных электролитов определяется уравнением

1/c=

, где kконстанта, S

- ионная сила раствора. Ионная атмосфера должна быть тем меньше, чем выше концентрация ионов и чем больше их валентность.

При высоких потенциалах поверхности большее, чем концентрация, влияние на xоказывает заряд противоиона, особенно, если он велик. Это связано с тем, что поливалентный ион, притягиваясь к поверхности, экранирует ее и снижает x.

Теория Штерна. В 1924 г Штерн объединил теории Гуи-Чепмена и Гельмгольца-Перрена. Суть: Ионы имеют конечные размеры и не могут находиться ближе, чем расстояние ионного радиуса от поверхности. Он учел и неэлектрическое взаимодействие ионов с поверхностью тв фазы, т.е. действие на ионы адсорбционных сил. В частности аддитивность межмолекулярных сил взаимодействия, энергия которого резко падает при увеличении расстояния до поверхности.

Страницы: 1 2

Смотрите также

Магний (Magnesium), Mg
В 1695 г. один из химиков, стремясь получить "философский камень", выпаривал воду, вытекавшую из недр земли близ города Эпсом (Англия). Он получил соль, обладающую.... горьким вкусом и слаби ...

Изучение кластеров и их свойств в области химии
Эта работа посвящена непостоянным группам частиц в химии. Важное значение таких групп уже давно осознавалось в отдельных областях химии - учении о растворах, коллоидной химии, теории криста ...

Ученые вскрыли процесс образования снежинок
Ученые из Франции и США установили, что снежинки образуются благодаря бактериям. Работа ученых опубликована в последнем номере журнала Science. Ученые под руководством Брента Кристнера из государств ...