Dvojitá elektrická vrstva

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 24. prosince 2021; kontroly vyžadují 2 úpravy .

Dvojitá elektrická vrstva (interfaciální) (DES) - vrstva iontů vytvořená na povrchu pevné látky v důsledku adsorpce iontů z roztoku, disociace povrchové sloučeniny nebo orientace polárních molekul na fázové hranici . Ionty přímo vázané na povrch se nazývají potenciál-určující. Náboj této vrstvy je kompenzován nábojem druhé vrstvy iontů, nazývaných protiionty.

Etapy elektrodových procesů.

Jakákoli reakce probíhající na elektrodě ve vodném roztoku, to znamená elektrodový proces, zahrnuje několik po sobě jdoucích fází:

1) vodíkový iont se z hloubky roztoku přiblíží k hranici elektrické dvojvrstvy a následně difuzní částí elektrické dvojvrstvy k povrchu elektrody ve vzdálenosti tloušťky elektrické dvojvrstvy s vysokou hustotou náboje , kde může dojít k přechodu elektronu z elektrody na iont;

2) vodíkový iont přibližující se k povrchu elektrody se vybije (to znamená, že k němu přejde elektron z elektrody) a na elektrodě se vytvoří adsorbovaný atom vodíku;

3) adsorbovaný atomární vodík se odstraňuje z povrchu elektrody za vzniku molekulárního vodíku a odstraňování atomárního vodíku z povrchu elektrody lze provádět různými způsoby.

Mechanismus tvorby DES

Dvojitá elektrická vrstva vzniká, když se dostanou do kontaktu dvě fáze, z nichž alespoň jedna je kapalná . Touha systému snížit povrchovou energii vede k tomu, že částice na rozhraní jsou orientovány zvláštním způsobem. Výsledkem je, že kontaktní fáze získávají náboje opačného znaménka, ale stejné velikosti, což vede k vytvoření dvojité elektrické vrstvy. Existují tři mechanismy pro tvorbu DES:

Přechod iontů nebo elektronů z jedné fáze do druhé (povrchová ionizace). Příkladem je disociace povrchových funkčních skupin patřících do jedné z fází (obvykle pevné ). Pro určení znaménka povrchového náboje se používá Faience-Panetovo pravidlo
Preferenční adsorpce v mezifázové vrstvě iontů stejného znaménka.
Orientace polárních molekul v povrchové vrstvě. Podle tohoto mechanismu vzniká DEL, pokud si látky, které tvoří fáze systému, nemohou vyměňovat náboje. Pro určení znaménka povrchového náboje se používá Köhnovo pravidlo, které říká, že ze dvou kontaktních fází je kladně nabitá ta, která má velkou dielektrickou konstantu .

Struktura dieselové elektrárny

Při absenci tepelného pohybu částic by byla struktura elektrické dvojvrstvy podobná struktuře plochého kondenzátoru . Ale na rozdíl od ideálního případu má DES v reálných podmínkách difuzní (rozmazanou) strukturu. Podle moderní teorie se struktura DEL skládá ze dvou vrstev:

Helmholtzova vrstva [1] nebo adsorpční vrstva sousedící přímo s rozhraním. Tato vrstva má tloušťku rovnou poloměru potenciál určujících iontů v nesolvatovaném stavu. $\delta ,$
Difúzní nebo Gouyova vrstva obsahující ionty s opačným nábojem. Difuzní vrstva má tloušťku , která závisí na vlastnostech systému a může dosahovat velkých hodnot. Tloušťka difuzní vrstvy se vypočítá podle vzorce [2] $\lambda ,$

\lambda ={\frac {1}{\varkappa }}={\sqrt {\frac {\varepsilon _{0}\varepsilon RT}{2F^{2}I}}},

kde je parametr charakterizující rychlost poklesu prostorového náboje se vzdáleností;

\varkappa

\varepsilon_{0}

je vakuová dielektrická konstanta ;

\varepsilon

je relativní permitivita média;

R

je univerzální plynová konstanta ;

T

je absolutní teplota ;

F

- Faradayova konstanta ;

já

je iontová síla roztoku podle Debye-Hückelovy teorie .

Elektrická charakteristika DES je potenciál . Existuje několik charakteristických potenciálů: $\varphi.$

Potenciál difuzní vrstvy odpovídající hranici adsorpční a difuzní vrstvy. Uvnitř difuzní vrstvy lze potenciál vypočítat pomocí rovnice [3] [4] : $\varphi _{\delta },$

\varphi =\varphi _{\delta }e^{-\varkappa x}.

Potenciál je menší než e krát a charakterizuje tloušťku difuzní vrstvy. $\varphi _{x=\lambda },$ ${\displaystyle \varphi _{\delta ))$
Elektrokinetický potenciál nebo zeta potenciál. Tento potenciál odpovídá rovině skluzu a je součástí potenciálu difuzní vrstvy. Kluzná rovina vzniká v důsledku toho, že při pohybu dispergovaných částic se nejvzdálenější část difuzní vrstvy neúčastní pohybu, ale zůstává nehybná. Proto se objeví nekompenzovaný povrchový náboj částice a elektrokinetické jevy se stanou možnými . Zeta potenciál je jednou z nejdůležitějších charakteristik elektrické dvouvrstvy.

Poznámky

↑ Helmholtz, H. (1853), Ueber einige Gesetze der Vertheilung elektrischer Ströme in körperlichen Leitern mit Anwendung auf die thierisch-elektrischen Versuche , Annalen der Physik und Chemie T. 165 (6:23:31/21 hod. ) : 18531650603 , < https://zenodo.org/record/1423630 > Archivováno 10. června 2021 na Wayback Machine
↑ Frolov Yu. G. Kurz koloidní chemie (Povrchové jevy a disperzní systémy): učebnice pro vysoké školy - M., "Chemistry", 1982-400 s. nemocný.
↑ Adam Marcus Namisnyk. Přehled technologie elektrochemických superkondenzátorů . Získáno 10. prosince 2012. Archivováno z originálu 22. prosince 2014. (neurčitý)
↑ Ehrenstein, Gerald Povrchový náboj . Datum přístupu: 30. května 2011. Archivováno z originálu 28. září 2011. (neurčitý)

Viz také

Odkazy

www.xumuk.ru/encyklopedia/1173.html
http://www.bsu.by/Cache/pdf/254773.pdf

Literatura

Borgman I.I .,. Elektrická dvouvrstvá // Encyklopedický slovník Brockhause a Efrona : v 86 svazcích (82 svazcích a 4 dodatečné). - Petrohrad. , 1890-1907.