Механизм образования двойного электрического слоя (ДЭС)
Электрические явления в дисперсных системах
Возникновение двойного электрического слоя на межфазных поверхностях является результатом взаимодействия соприкасающихся фаз благодаря избыточной поверхностной энергии. Стремление к уменьшению поверхностной энергии вызывает ориентирование полярных молекул, ионов и электронов в поверхностном слое, в результате чего соприкасающиеся фазы приобретают заряды противоположного знака и равной величины. При возникновении ДЭС увеличивается межфазное взаимодействие за счет снижения поверхностного натяжения, вызванного взаимным отталкиванием одноименных зарядов.
Различают 3 возможных механизма образования ДЭС:
1. ДЭС образуется в результате перехода ионов и электронов из одной фазы в другую (поверхностная ионизация). Например, выход электронов с поверхности металла в газовую фазу, где образуется электронное облако. Количественная характеристика такого перехода – работа выхода электрона. С повышением температуры увеличивается интенсивность электронного потока (термоэлект эмиссия). В результате Ме приобретает положительный заряд, а газовая фаза – отрицательный. На границе раздела фаз возникает электронный потенциал, который препятствует дальнейшему выходу электронов, наступает равновесии и формируется ДЭС (Ме +/Г-).
Пример № 2.
2. Согласно 2 механизму образование ДЭС происходит в результате адсорбции. ДЭС может образовываться благодаря избирательной адсорбции в межфазном слое ионов электролитов, не входящих в состав веществ, образующих фазы.
Например,
1) к системе Ме + Н2О добавим NaCl. Cl– сорбируется на металле, где возникает избыточный отрицательный заряд. Na+ - противоионы.
2) (Ме + Н2О) + ионогенный ПАВ. На металле сорбируется органическая часть молекулы ПАВ, а противоионы (неорганические ионы) формируют ДЭС.
3. Если на межфазной поверхности нет обмена электронами, то ДЭС может образовываться благодаря ориентированию молекул сопряженных фаз. ДЭС по этому механизму образуется в результате адсорбции недиссоциированных молекул. Согласно правилу Кёна: из 2-х соприкасающихся фаз положительно заряжается та, которая имеет большую диэлектрическую проницаемость.