Студопедия — Поверхностная плотность заряда.
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Поверхностная плотность заряда.






Рассмотрим изменение плотности электрического заряда на твердой поверхности, помещенной в раствор электролита. Оно подчиняется одному из следующих механизмов:

  • преимущественная адсорбция ионов.
  • диссоциация поверхностных заряженных частиц.
  • изоморфное замещение ионов.
  • накопление или уменьшение электронов на поверхности. В начало
  • физическая адсорбция заряженных частиц на поверхности.

Согласно уравнению Нернста имеем:

Е = Еo + Rg T/(niF) lnai (1)

Где Е – плотность электрического заряда ил электродный потенциал, Ео – стандартный электродный потенциал, когда концентрация ионов равна единице, ni и ai– валентность и активность ионов, соответственно; R – газовая постоянная, Т – температура, F – постоянная Фарадея.

Это уравнение показывает, что поверхностный потенциал твердого вещества изменяется с изменением концентрации ионов в окружающем электрод растворе и может принимать положительные или отрицательные значения.

Рассмотрим данный вопрос на примере диэлектрических материалов, в частности, на оксидах.

Поверхностный заряд в оксидах образуется из частичного растворения или осаждения ионов; знак заряда определяют ионы, адсорбированные на поверхности тела, они получили название коионы. В оксидных системах коионами, как правило, являются протоны и гидроксильные группы, их концентрация определяется через pH. С изменением концентрации коионов поверхностная плотность заряда меняется от положительной к отрицательной и наоборот. Концентрация коионов, соответствующая нулевой поверхностной плотности заряда, называется точкой нулевого заряда (т.н.з.). При pH > т.н.з. оксидная поверхность заряжена отрицательно вследствие того, что покрыта гидроксильными группами ОН-, который является ионом, определяющим электрический заряд. При рН < т.н.з. заряд поверхности определяет ион H+, поэтому поверхность заряжена положительно. Согласно уравнению Нернста потенциал поверхности равен:

E = { 2,303 RgT [(т.н.з.) – pH}/ F (2)

При комнатной температуре уравнение принимает вид:

E» 0,06[(т.н.з.) – pH] (3)

Электрический потенциал вблизи твердой поверхности

Когда на твердой поверхности устанавливается поверхностный заряд определенной плотности, между поверхностью и ионами возникают электростатические силы. Ионы вблизи поверхности присутствуют в виде сегрегаций положительных и отрицательных зарядов. При этом в системе происходит броуновское движение, действуют энтропийные силы, которые приводят к равномерному распределению разных видов ионов в растворе.

Следует отметить, что, хотя в системе сохраняется нейтральный заряд, распределение ионов противоположных знаков вблизи твердой поверхности неоднородно; оно контролируется, главным образом, комбинацией следующих сил:

  • кулоновские или электростатические силы;
  • силы энтропии; В начало
  • броуновское движение.

Суммарным результатом является тот факт, что вдоль твердой поверхности концентрация противоположных ионов наибольшая, и она убывает с увеличением расстояния до поверхности. Неоднородное распределение ионов вблизи твердой поверхности приводит к образованию так называемой структуры двойного слоя.

Двойной слой состоит из двух частей: слоя Штерна и слоя Гуи. Последний также называют двойным диффузионным слоем. Он отделен от слоя Штерна уровнем Гельмгольца.

В слое Штерна электрический потенциал линейно убывает сквозь толщу растворителя и ионов противоположных знаков. В слое Гуи ионы перемещаются более свободно, и электрический потенциал убывает по произвольному закону. Уровень Гельмгольца характеризует состояние, где достигнута средняя концентрация ионов противоположного (по сравнению с поверхностными) знака.

Электрический потенциал убывает, следуя приближенному выражению (4):

E µ e -k(h-H) (4)

где h ³ Н, Н – толщина слоя Штерна, 1/k – экранирующее сопротивление Дебая-Хюккеля, оно определяется по формуле (5):

к = Ö(F2SiCiZ2i)/(ereoRgT) (5)

Где F – постоянная Фарадея, eo - проницаемость вакуума, ei - диэлектрическая постоянная растворителя, Ci и Zi - концентрация и валентности ионов противоположного знака i–го типа.

Уравнение (4) показывает, что электрический потенциал вблизи твердой поверхности убывает с увеличением концентрации и валентности противоположных ионов и экспоненциально возрастает с ростом диэлектрической постоянной растворителя.

По теории диффузии слой Гуи должен заканчиваться в точке, где электрический потенциал достигает нуля. Это может произойти только в том случае, когда расстояние от твердой поверхности будет бесконечно. Однако, толщина двойного слоя обычно составляет около 10 нм (и больше).

Обсуждение, приведенное выше, касалось плоской твердой поверхности в растворе электролита. Однако эти концепции применимы также для кривых поверхностей при условии, что поверхности гладкие и заряд на них распределен равномерно. В этом случае плотность поверхностного заряда постоянна и электрический потенциал в растворе может быть описан уравнениями (4) и (5). Эти уравнения применимы для сферических частиц, когда распределены в растворе электролита и расстояния между ними достаточно велики (чтобы распределение зарядов на поверхности частиц не зависело от других частиц).

Взаимодействия частиц образуют систему. Один из видов межчастичных взаимодействий связан с зарядом поверхности и электрическим потенциалом, существующим вблизи поверхности раздела. Оно проявляется в электростатическом отталкивании между частиц, которое ослабевает по мере увеличения протяженности двойного слоя. В начало

 

Когда две частицы не будут перекрываться двойными слоями, электростатическое отталкивание между ними будет равно нулю. Однако, по мере приближения, двойные слои начнут перекрываться, и отталкивающие силы будут расти. Электростатическое отталкивание между двумя одинаковыми по размеру сферическими частицами радиуса r, находящимися на расстоянии S, определяется по уравнению (6):

ФR= 2pereoE2 e -kS (6)







Дата добавления: 2015-08-17; просмотров: 1321. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Теория усилителей. Схема Основная масса современных аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств выполняется на специализированных микросхемах...

Эффективность управления. Общие понятия о сущности и критериях эффективности. Эффективность управления – это экономическая категория, отражающая вклад управленческой деятельности в конечный результат работы организации...

Мотивационная сфера личности, ее структура. Потребности и мотивы. Потребности и мотивы, их роль в организации деятельности...

Классификация ИС по признаку структурированности задач Так как основное назначение ИС – автоматизировать информационные процессы для решения определенных задач, то одна из основных классификаций – это классификация ИС по степени структурированности задач...

Почему важны муниципальные выборы? Туристическая фирма оставляет за собой право, в случае причин непреодолимого характера, вносить некоторые изменения в программу тура без уменьшения общего объема и качества услуг, в том числе предоставлять замену отеля на равнозначный...

Тема 2: Анатомо-топографическое строение полостей зубов верхней и нижней челюстей. Полость зуба — это сложная система разветвлений, имеющая разнообразную конфигурацию...

Виды и жанры театрализованных представлений   Проживание бронируется и оплачивается слушателями самостоятельно...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия