Ос электрлік қабаттың пайда болу механизмі

Фазааралық бөлу бетінде қос электрлік қабат (ҚЭҚ) әрекеттесуші фазалардың беттік еркін энергияларын азайтуға ұмтылысының нәтижесінде пайда болады. Жалпы ҚЭҚ үш түрлі жолмен түзілуі мүмкін.

1) Қос электрлік қабат иондардың немесе электрондардың бір фазадан екінші фазаға өтуінің нәтижесінде, яғни беттің иондануы нәтижесінде пайда болады. Мысалы, металл бетінен газды ортаға электрондардың өтуі нәтижесінде пластинка беті оң, ал газ теріс зарядталады. Металл пластинкасын суға батырғанда металл бетінен катиондар суға өтеді де, соның нәтижесінде металл беті теріс, ал су оң зарядталады. Демек жанасушы фазалар арасында потенциалдар айырымы пайда болады. Потенциалдар айырымы электрондардың (иондардың) беттен ары қарай бөлінуін тежейді де, жүйеде тепе-теңдік күй орнайды. Нәтижесінде, фазааралық шекарада қос электрлік қабат пайда болады.

Суда нашар еритін күміс иодидін суға салғанда жақсы гидратталатын күміс иондары суға көшеді де, беті теріс зарядталады, ал оған жанасушы су қабаты оң зарядталады.

Бетке заряд беретін иондарды потенциал анықтағыш иондар деп атайды. Дисперстік ортаға көшетін иондарды қарсы иондар деп атайды.

2) Қос электрлік қабат бетке иондардың адсорбциялануы нәтижесінде де пайда болуы ықтимал. Көп жағдайда ерітіндідегі электролиттің құрамындағы ион бетке таңдамалы түрде адсорбциялануы мүмкін. Бұл кезде адсорбция Панет-Фаянс ережесіне байланысты жүреді. Мысалы, металл пластинкасын натрий хлориді () ерітіндісіне батырғанда металл бетіне хлорид аниондары адсорбцияланады да, соның нәтижесінде бет теріс зарядталады ал оған жанасушы суда натрий катиондары қалып қояды да орта оң зарядталады.

Қос электрлік қабат, сонымен бірге қатты дене бетіне иондық беттік-активті заттардың адсорбциялануы нәтижесінде де пайда болады. Сонда полярлы жағымен суға қарап адсорбцияланган БАЗ молекулалары диссоциацияланады да, нәтижесінде бетте заряд пайда болады. Мысалы, судағы ерітіндісінен карбон қышқылының натрий тұзы молекулалары (R-СОО-Na) гидрофобты қатты дененің (көмірдің) бетіне адсорбцияланғанда дененің беті теріс, ал дисперстік орта оң зарядталады. Сонда БАЗ-тың R-СОО аниондары потенциал анықтағыш иондар болып, ал Na⁺ катиондары қарсы-иондар болып табылады.

3) Қос электрлік қабат неионогенді, полярлы молекулалардың дисперстік ортадан бетке адсорбциялануы нәтижесінде түзілуі мүмкін. Бұл кезде беттің заряд таңбасы Кен ережесі бойынша анықталады: жанасушы екі фазаның диэлектрлік өткізгіштігі жоғарысы оң зарядталады.

Мысалы, металл пластинканы полиэтиленгликольдің (ПЭГ) [-СH₂-СН₂-О-]_n- судағы ерітіндісіне батырғанда ПЭГ молекулалары пластинка бетіне адсорбцияланып, бетте белгілі бір ретпен орналасуы нәтижесінде фазааралық бөлу бетінде ҚЭҚ пайда болады.

Аргентум иод золі мысалында коллоидты бөлшектің мицелласының құрылысын және екі еселенген электр қабатының пайда болуын қарастырамыз.

AgN +КІ→КN +АgІ↓

А)[ AgN ]>[КІ]

Мицелла құрылысында ядро болады, ол мицелланың нейтралды бөлігі. АgІ мицелланың ядросы. Ядро өз бетінде потенциал анықтаушы n саны бар иондарды сіңіреді. Панет-Фаянс ережесіне сәйкес потенциал анықтаушы ион екі келесі талапқа жауап береді:1)мөлшері артық болу керек,2)ядро құрамына міндетті түрде болуы керек. Ядро А иондарын сіңіріп «+» зарядталады. Осы «+» заряды өзіне ортадан қарама-қарсы зарядымен қоршаған еріт-н қарама-қарсы зарядталған иондарды тартады, ол N иондары, себебі барлық иондары ядро түзілуіне жойылды. Бірақ, N иондары мол-ң жылу қозғалысы әсерінен n-х мөлшерде ғана сіңіріледі. х мөлшерде ғана сіңіріледі. Х мөлшеріне төмен бірінші адсорбциялық қабатпен салыстырғанда. Сонымен қатты фаза «+» зарядталған. Ядро мен адсорбциялық қабат (N , А ) гранула болып табылады. Енді артық N иондары дисперсиялвқ ортада біртексіз таралады және диффузиялық қабатты түзеді. Олардың концентрациясы ядродан шетіне қарай төмендейді. Гранула мен диффузиялық қабат мицелла болып табылады. Толық мицелла электронейтралды (заряды нөл). Мицелярлы теория леофобты коллоидты бөлшектерге орындалады.

{[ АgІ n· А (n-х) N х N

АgNO₃ артық алынғандағы AgI мицелласының түзілуі

Ә) [ AgN ]<[КІ]

Ядро құрамы АgІ. Адсорбциялық қабат ионы, екінші адсорбциялық қабат иондары

{[ АgІ n· (n-х) х

«+» зарядталған гранула диффузиялық қабат ортасында екі еселенген электр қабаты потенциалдар айырмасы. Аталмыш электро-кинетикалық потенциал немесе ξ потенциал түзіледі. Ол термодинамикалық потенциалдыңі құрам бөлігі. ξ<ε, оны формула арқылы есептеуге болады:

ξ =

мұндағы, К-константа(әр түрлі болады, бөлшек пішініне тәуелді, сфера тәрізді болса 6 – ға тең, ал цилиндр 4 болады)

η-ортының тұтқырлығы

D-ортаның диэлектрлі константасы

Е-электр өрісінің градиенті

u-электр тоғы әсерінен болатын бөлшектердің орташа жылдамдығы

Егер гранула заряды болмаса, онда ξ нөлге тең болады. Ондай жағдай изоэлектрикалық жағдай, ξ потенциал келесі жағдайларға тәуелді: екінші адсорбциялық қабат пен диффузиялық қабати арасында қарама-қарсы зарядталған иондардың таралуына неғұрлым адсорбциялық қабатта иондар саны төмен болса, соғұрлым ξ потенциал жоғары болады және термодинамикалық потенциалға жақын болады.

Дата добавления: 2015-07-15