ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Образование электрического заряда и двойного электрического слоя на поверхности пор из "Введение в молекулярную электронику" Для силикатных стекол и окисной керамики, нз которыхизготавливаются пористые мембраны ЭКП, процесс образования поверхностного заряда изучен только для водных растворов, у которых при отсутствии специфически адсорбирующихся веществ потенциалопределяющими ионами являются ионы Н+ и 0Н [78, 80, 92, 93]. Несмотря на то что водные растворы мало используются в электрокинетических преобразователях, рассмотрим этот процесс достаточно подробно по двум причинам во-первых, он дает общее представление об образовании поверхностного заряда на неметаллах во-вторых, в любых неводных, даже тщательно приготовленных растворах всегда содержится некоторое количество воды, которая, являясь источником протонов, может играть существенную роль в процессе заряжения. [c.193] Остановимся вначале на простых по составу окислах переходных металлов, таких как окись алюминия и окись железа с формулой М2О3, где М — атом металла. В твердом теле окислы образуют ионную корундовую кристаллическую решетку, в которой ионы кислорода расположены в гексагональной упаковке, причем каждый ион металла связан с шестью ионами кислорода, а каждый ион кислорода — с четырьмя ионами металла. [c.193] Описанное выше заряжение поверхности удобно представить как процесс, идущий в две стадии. На первой стадии происходит гидроксилирование вновь образованной поверхности, которое состоит в том, что ионы гидроксила и ионы водорода из раствора соединяются соответственно с металлическими ионами и ионами кислорода твердого тела, имеющими разорванные ионные связи. Тем самым на поверхности создаются ионогенные группы, представляющие собой соединения атома металла с гидроксильными группами 0Н , и насыщаются все заряженные центры поверхности. На второй стадии, на которой собственно и происходит заряжение, ионогенные группы диссоциируют или как кислоты с отрывом Н+, заряжая поверхность отрицательно, или как основания с отрывом 0Н , сообщая поверхности положительный заряд. [c.194] С увеличением числа гидроксильных групп, присоединенных к одному поверхностному атому металла, уменьшается полярность связи О — Ни соответственно уменьшается поверхность отрыва Н+ от поверхности. Поверхность при этом приобретает более основной характер, и, следовательно, возрастает тенденция к образованию на ней положительного заряда. Так, например, на поверхности окиси алюминия, проявляющей амфотерные свойства, в нейтральном растворе могут существовать участки двух типов, заряженные как отрицательно, так и положительно. На участках первого типа, которые обнаруживают кислые свойства и имеют т. н. з. при рН 7, к поверхностному атому металла может присоединяться одна гидроксильная группа, на участках второго типа с основными свойствами (т. н. з. при рН 7)—три гидроксильные группы. Этим объясняется тот факт, что величина и знак заряда поверхности, а также pH т. н. з. для окиси алюминия в значительной степени зависят от обработки поверхности [93]. [c.194] Поверхностный ионный заряд а потенциалопределяющих ионов создает электрическое поле, которое способствует перемещению ионов из жидкой фазы и образованию второго слоя ионов с суммарным зарядом, равным и противоположным по знаку заряду а. [c.195] Уравнение (5.117) показывает, что электрический потенциал уменьшается в е раз на расстоянии от плоскости максимального приближения ионов, а на расстоянии Зх- убывает почти в 20 раз. Это позволяет при оценках толщины двойного электрического слоя считать его равным радиусу Дебая. [c.198] Последние два условия, однако, не выполняются на поверхности силикатных сгекол, кварца и некоторых других окислах, находящихся в водных растворах. Электрический заряд поверхности а, полученный адсорбционным методом [расчет а приводится по формуле (5.110)], оказывается значительно большим, чем заряд Ог, полученный путем электрокинетических измерений, что объясняется образованием на пове1рхности в результате длительного контакта с водой пористого ионопроницаемого гель-слоя [78—92]. На стеклах этот гель-слой образуется путем выщелачивания, при котором происходит замена металлических ионов аморфной структуры ионами водорода из раствора. Продукты же реакции, перехода на поверхность образуют слой гидролизованного кремнезема. [c.200] Вернуться к основной статье