Образование и строение двойного электрического слоя

Возникновение двойного электрического слоя (ДЭС) на межфазной границе происходит самопроизвольно и связано с переходом ионов из одной фазы в другую.

Адсорбционный механизм. На примере избирательной адсорбции ионов на кристалле AgCl, образовавшемся при взаимодействии водных растворов AgNO3 и KCl.

AgNO3 + KCl AgCl↓ + KNO3

Пусть KCl был в избытке. Образовавшиеся кристаллы AgCl находятся в растворе, содержащем ионы K+, Cl и NO3.

На поверхности кристалла AgCl по механизму химической адсорбции адсорбируются ионы Cl. Ионы K+ и NO3 не могут адсорбироваться, так как не способны достроить кристаллическую решетку или образовать с ионами AgCl труднорастворимые соединения (правило Фаянса––Панета).

При адсорбции ионов Cl генерируется отрицательный электрический заряд и возникает электротермодинамический или j-потенциал .Ионы, создающие такой потенциал, ––потенциалопределяющие.

Ионы K+ из раствора притягиваются к отрицательно заряженной поверхности. Эти ионы, противоположные по знаку потенциалопределяющим, –– противоионы. Адсорбция противоионов протекает по механизму физической адсорбции.

На поверхности кристалла AgCl образуется ДЭС, состоящий из плотного адсорбционного и диффузного слоев.

На границе адсорбционного и диффузного слоев возникает электрокинетический потенциал или ζ-потенциал.

 

В адсорбционный слой входят потенциалопределяющие ионы Cl, прочно хемосорбированные на поверхности кристалла, и часть противоионов K+, относительно прочно связанных с заряженной поверхностью.

Диффузный слой составляют ионы K+, расположенные на периферии ДЭС, они связаны с заряженной поверхностью менее прочно. Поскольку система в целом должна быть электронейтральна, число ионов K+, входящих в плотный адсорбционный и диффузный слои, равно числу потенциалопределяющих ионов Cl.

Другой механизм возникновения ДЭС — поверхностная диссоциация — заключается в диссоциации вещества на поверхности твердой фазы, например, кварцевого песка. Частицы диоксида кремния SiO2 взаимодействуют с водой и образуют силанольные группы Si–OH Поверхностное соединение — поликремниевая кислота — способно к частичной диссоциации по кислотному типу:

Si–OH Si–O + H+

Ионы Si–Oпотенциалопределяющие, а ионы H+противоионы.

4.3. Влияние различных факторов на строение ДЭС и величину z-потенциала