Механізм утворення подвійного електричного шару

Виникнення подвійного електричного шару на міжфазній поверхні відбувається завдяки прагненню системи позбутися надлишкової поверхневої енергії шляхом зменшення міжфазного поверхневого натягу. При цьому на міжфазній поверхні відбувається перерозподіл електронів, іонів, або орієнтація полярних молекул у поверхневому шарі. Завдяки цьому фази, що дотикаються, набувають зарядів рівних за значенням і протилежних за знаком. Утворюється подвійний електричний шар з відповідним зарядом, потенціалом і ємністю, який викликає зменшення поверхневого натягу.

Подвійний електричний шар може утворюватися в результаті вибіркової адсорбції іонів на твердій поверхні. Наприклад на поверхні кристала йодистого срібла AgI, що знаходиться в розчині AgNO₃, будуть адсорбуватися іони срібла Ag⁺, які добудовують кристалічну ґратку кристалу і надають поверхні позитивного заряду, ці іони називають потенціалвизначальними. До потенціалвизначальних іонів електростатичними силами притягуються іони з протилежнім знаком – протиіони, в даному випадку - NO₃^- (рис.37,а)

Рис. 37. Схема утворення подвійного електричного шару.

Подвійний електричний шар може утворюватися в наслідок вибіркової адсорбції, навіть якщо іони, що присутні в розчині не добудовують кристалічну ґратку поверхні. Наприклад на поверхні парафіну, що знаходиться в розчині лугу, внаслідок вибіркової адсорбції адсорбуються гідроксильні іони, а іони металу утворюють шар протиіонів.

Подвійний електричний шар може утворюватися за рахунок поверхневої іонізації. Наприклад на поверхні твердих частинок діоксиду кремнію SiO₂, що знаходяться у воді, відбувається гідратація деяких молекул з утворенням силікатної кислоти, яка здатна до дисоціації:

SiO₂ + H₂O ↔ H₂SiO₃

H₂SiO₃ ↔ SiO₃^2- + 2H⁺

При цьому аніони силікатної кислоти залишаються на поверхні частинки, а іони водню переходять в розчин (рис.37,б).

Якщо міжфазна поверхня утворена речовинами, що нездатні обмінюватися зарядами, то подвійний електричний шар може бути утворений за рахунок відповідних орієнтацій молекул на поверхні. Якщо подвійний електричний шар утворюється неелектролітами, то знак заряду поверхні визначається правилом Кьона: при зіткненні двох фаз неелектролітів позитивний заряд отримує фаза з більшою діелектричною проникністю.