Реферат

Реферат Двойной электрический слой

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28

Поможем написать учебную работу

Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 8.11.2024



Доклад на тему:

Двойной электрический слой
На поверхности твердого тела при его контакте с жидкостью самопроизвольно возникает двойной электрический слой (ДЭС) - тонкий поверхностный слой из пространственно разделенных электрических зарядов противоположного знака. Возникновение заряда на границе двух фаз относится к одному из видов поверхностных явлений.

Для изобарно-изотермического процесса в отсутствие физико-химических взаимодействий (dT=0, dp=0, dni=0) из уравнения (3.1) получим:

dGdB + dq (1)

В условиях равновесия, когда dG=0,

dB + dq = 0, (2)

из уравнения (7.2) несложными преобразованиями можно выразить удельный заряд поверхности qB:

qB = -(d/d)T, p,n. (3)

Заряд поверхности, который возникает самопроизвольно, вызван стремлением к уменьшению поверхностного натяжения.

Возникновение ДЭС на границе раздела характерно для золей и суспензий, дисперсная фаза которых формируется из твердых частиц.

1. Существуют два пути образования ДЭС: 1) избирательная адсорбция поверхностью твердой частицы ионов из дисперсионной среды (электролита), 2) ионизация поверхностных молекул твердой частицы.

Поверхность твердого тела адсорбирует ионы определенного знака. Эти ионы называются потенциалопределяющими. К ним из раствора притягиваются ионы противоположного знака – противоионы. Возникает двойной электрический слой.

При смешивании солей нитрата серебра и хлорида калия должен выпадать осадок хлорида серебра по уравнению:

AgNO3 + KCl = AgCl + KNO3

Однако в присутствии избытка хлорида калия осадка не наблюдается, т.к. в растворе образуются коллоиды, имеющие следующее строение:

[nAgClmCl-(m-x)K+]x-xK+.

При этом Cl- - потенциал определяющие ионы, K+ - противоионы.

При избытке нитрата серебра образуются коллоидные частицы состава:

[nAgClmAg+(m-x)NO3-]+xNO3-.

На поверхности твердой фазы AgCl адсорбируются ионы, находящиеся в избытке, из тех которые могут достраивать кристаллическую решетку (Ag+ или Cl-). Твердая фаза образует ядро коллоидной частицы. Коллоидная частица имеет заряд адсорбированных потенциал определяющих ионов, частично скомпенсированный противоионами. Вокруг коллоидной частицы в диффузном слое находятся противоионы, заряд которых равен заряду коллоидной частицы. Коллоидная частица и диффузный слой образуют электронейтральную мицеллу (рис.1).



Рис.1. Строение коллоидных мицелл.

Потенциалопределяющими ионами, в зависимости от рН среды, могут так же быть ионы Н+ и ОН-.

Второй путь образования ДЭС - ионизация поверхностных молекул твердых фазы, наблюдается при образовании гидрозолей металлов, например переход ионов серебра в раствор:

[nAgmAg+(m-x)NO3-]x+xNO3-.

Другим примером может быть образование золя серы:

[nSmHS-(m-x)H+]x-xH+.
2. ДЭС принято рассматривать как своеобразный конденсатор, внутренняя обкладка которого с потенциалом  формируется из потенциалопределяющих ионов (1), а внешняя из противоионов (2).

Существует несколько теорий образования ДЭС. Простейшая из них – модель плоского конденсатора Гельмгольца, согласно которой потенциалобразующий слой и слой противоионов расположены на молекулярном расстоянии друг от друга. Взаимодействие между слоями осуществляется только за счет электростатических сил, а падение потенциала между слоями происходит линейно (рис.2 а).

В теории Гуи и Чепмена учитывается тепловое движение и взаимное отталкивание противоионов, которые рассматриваются как точечные заряды, не имеющие собственных размеров, расположенные в диффузном слое. Потенциал экспоненциально снижается по мере удаления от поверхности (рис 10б).

Согласно теории Штерна (рис 2в) часть противоионов находится в плотном слое Гельмгольца, другая - в диффузном слое. В плотной части двойного слоя ионы удерживаются за счет электростатических сил и сил специфической адсорбции (некулоновскими силами). Диффузное строение двойного электрического слоя возникает в результате как теплового движения ионов и молекул растворителя, так и в результате взаимного отталкивания одноименных ионов. Таким образом, слой потенциалопределяющих ионов не полностью скомпенсирован в плотном слое. В отличие от противоионов плотного слоя, ионы диффузионного слоя не закреплены и способны перемещаться в пределах диффузионного слоя, который в свою очередь состоит из внутреннего и внешнего слоев.



Рис.2. Модели строение ДЭС: а – Гельмгольца;, б – Гуи и Чепмена; в – Штерна: 1 – потенциалобразующий слой ионов; 2, 3 – противоионы в адсорбционном и диффузном слое; δ – толщина адсорбционного слоя.
Толщина плотной части ДЭС определяется размерами противоинов и зависит от концентрации электролита (С).

см (4)

Потенциал ДЭС () снижается по мере удаления от поверхности твердого тела. В плотном слое – линейно. В диффузном слое снижение потенциала происходит экспоненциально.

3. ДЭС на поверхности коллоидной частицы, следуя ее форме, как правило, сферический. Относительное перемещение заряженных частиц и жидкости происходит не по границе твердого тела с жидкостью, а за пределами этой границы по плоскости скольжения, которая проходит по диффузионной части двойного слоя. При движении частиц дисперсной фазы часть жидкости, на поверхности твердой частицы до границы скольжения, перемещается вместе с твердой частицей. Эта часть жидкости на поверхности твердой фазы является неподвижной.

Потенциал на границе скольжения, расположенной в диффузном слое, называют электрокинетическим, или дзета-потенциалом (). Этот потенциал является важной характеристикой ДЭС, он определяет возможность и скорость относительного перемещения дисперсной фазы и дисперсионной среды, интенсивность электрокинетических явлений, устойчивость золей и разрушение дисперсных систем электролитами. Значение -потенциала можно определить по скорости движения коллоидных частиц и по скорости движения жидкости. Знак -потенциала определяется знаком заряда потенциалобразующего слоя.

По скорости движения коллоидных частиц:

(5)

    где ή - вязкость, ε - диэлектрическая проницаемость, U – скорость электрофоретического переноса (на основании измерений), Н – градиент потенциала внешнего поля, равный Е/L (Е-разность электродных потенциалов, L-расстояние между электродами).

По скорости движения жидкости:

В, (6)

где λ – удельная электрическая проводимость золя, ύ – объемная скорость (объем жидкости, перенесенный через пористую мембрану за единицу времени), I-сила тока, при которой проводится осмос.

Изменение -потенциала зависит от свойств среды и наличия в ней противоионов. Увеличение их концентрации приводит к сжатию диффузного слоя и снижению -потенциала. Когда все противоионы будут находиться в адсорбционном слое, происходит полная компенсация потенциалобразующего слоя, -потенциала становится равным нулю, это изоэлектрическая точка (=0).

Добавление многовалентных катионов, например Fe3+, может привести к адсорбции противоионов в сверх эквивалентных количествах. В этих условиях произойдет перезарядка поверхности и изменение знака -потенциала (рис.3).



Рис. 3. Изменение потенциала ДЭС при перезарядке золя: 1- падение потенциала до перезарядки; 2- то же после перезарядки; значения потенциалов до: ψ0 -, ψ1 0-, -ζ ; после перезарядки: ψ, ψ1, +ζ.

1. Лекция на тему Сили пружності
2. Реферат на тему Cannabis Essay Research Paper The effect of
3. Реферат на тему The Story Of Lucille Ball Essay Research
4. Реферат Холодильные установки
5. Реферат Билеты по Электронике и электротехнике за декабрь 2000 г
6. Реферат Литература - фтизиатрия возбудитель туберкулеза
7. Биография на тему Есенинская муза
8. Контрольная работа Проблема детской агрессивности
9. Реферат Принципы международного права 3
10. Реферат История развития станции скорой и неотложной медицинской помощи г. Москвы