Внешняя плоскость Гельмгольца

За внешней плоскостью Гельмгольца располагается диффузный слой с потенциалом, изменяющимся от г )г до нуля и с плотностью заряда, совпадающей с <72. Схематическое изображение строения двойного слоя по Грэму для незарял енной поверхности, заряженной отрицательно п положительно, дано на рис. 12.5. В соответствии с допущением Грэма о том, что следует считаться лишь с поверхностной активностью анионов (в системах, не содержащих органических растворенных веществ), в первой плоскости Гельмгольца находятся только специфически адсорбирующиеся анионы, причем их поверхностная концентрация растет при переходе от незаряженной поверхности (рис. 12.5, а) к заряженной положительно (рнс. 12.5, б). Грэм подчеркивает, чго это увеличение концентрации следует отнести прежде всего за счет упрочнения ковалентной связи, а не за счет сил кулоновского взаимодействия. При достаточно отрицательном заряде поверхности (рис. 12,5, в) во внутреннем слое Гельмгольца остается лишь растворитель, и заряд его, так же как н в растворе, не содержащем поверхностно-активных [c.271]

Внутренняя и внешняя плоскости Гельмгольца различаются не только расстоянием их до поверхности. Внутренняя плоскость представляет собой слой ионов, которые находятся в своеобразной потенциальной яме. Ионы эти потеряли полностью или частично свою гидратную оболочку. Переход их в раствор требует преодоления некоторого потенциального барьера, связанного с работой против сил специфического взаимодействия ионов с металлом. С другой стороны, переход ионов из объема раствора на внутреннюю поверхность Гельмгольца затруднен эффектом частичной дегидратации. Приближению ионов к поверхности металла на расстояния, меньшие л ,, мешает отталкивание электронных оболочек ионов и электронов металла. Б отличие от внутренней внешняя плоскость Гельмгольца не является слоем ионов, а представляет собой границу, до которой могут подходить ионы (точнее их электрические центры), участвующие в тепловом движении. Между объемом раствора и внешней плоскостью Гельмгольца не существует энергетического барьера, связанного с десольватацией ионов. [c.115]

Далее из уравнения (26.5) находят < а, затем по уравнению (24.8) — потенциал внешней плоскости Гельмгольца яро, по формулам (26.2) и (26.3) — величины и Заряд анионов в диффузном слое делят пропорционально концентрации каждого из анионов и (с—х)д 1с. (При изучении специфической адсорбции катионов аналогичным образом делят дХ.) Общую адсорбцию поверхностно-активного аниона определяют по формуле [c.128]

Чтобы это предположение совместить с физической картиной двойного слоя, Д. Грэм ввел представление о двух плоскостях приближения ионов к поверхности. Специфически адсорбированные ионы могут приближаться на более близкие расстояния к поверхности, и плоскость их максимального приближения х = была названа внутренней плоскостью Гельмгольца (рис. 62). Потенциал этой плоскости, измеренный относительно объема раствора, обозначается г . С другой стороны, ионы, участвующие в тепловом движении и образующие диффузный слой, не могут подходить к поверхности электрода на расстояния ближе, чем х = х (рис. 62). Плоскость, параллельная поверхности на расстоянии х = х , называется внешней плоскостью Гельмгольца. Потенциал этой плоскости обозначается через -фо. [c.119]

Рис. 142. Поляризационные кривые, рассчитанные по уравнению (52.2) при Zq = —2 и aft = 0,5 для 1 )1-потенциалов, соответствующих потенциалу внешней плоскости Гельмгольца ртутного электрода в растворах

XI — внутрення плоскость Гельмгольца лга — внешняя плоскость Гельмгольца / — потенциальная кривая для специфически адсорбирующихся ионов 2 — направление движения ионов диффузионного слоя 3 — распределение потенциала в двойном слое [c.119]

Рис. 64. Завиоимость потенциала внешней плоскости Гельмгольца от заряда электрода, рассчитанная по уравнению (24.9) для водных растворов 1,1-валентного электролита

Если для определения г использовать экспериментальное заполнение поверхности анионами, то получается сдвиг т. н. з., составляющий около 200 мв при изменении концентрации на порядок, т. е. в два раза больше, чем на опыте. Это расхождение связано с тем, что О. А. Есин и В. М. Шихов рассматривали как дискретные также заряды катионов на внешней плоскости Гельмгольца, тогда как в действительности дискретность внутренней плоскости Гельмгольца проявляется значительно сильнее, чем на внешней плоскости Гельмгольца. Б. В. Эршлер впервые получил теоретически правильный результат, приняв, что заряд слоя катионов является равномерно размазанным зарядом. Расчет был выполнен при использовании метода зеркального изображения. Этот метод представляет собой математический прием, позволяющий рассчитать взаимодействие ионов с металлом и ионами внешней обкладки двойного слоя. В дальнейшем Д. Грэм распространил [c.127]

Далее из уравнения (26.5) находят затем по уравнению (24.8) — потенциал внешней плоскости Гельмгольца г 7о, по формулам (26.2) и [c.134]

Дальнейшее развитие теории двойного электрического слоя было дано в работах Фрумкина и его школы, Бокриса, Деванатхана, Есина, Мюллера, Парсонса, Эршлера и др. Наибольшее признание и распространение получила модель двойного электрического слоя, предложенная Грэмом (1947). Согласно Грэму, обкладка двойного электрического слоя, находящаяся в растворе, состоит не из двух, как предполагал Штерн, а из трех частей. Первая, считая от поверхности металла, называется внутренней плоскостью Гельмгольца, в ней находятся лишь поверхностно-активные ноны либо если их нет в растворе, молекулы растворителя-. В первом случае заряд плоскости равен <71, во втором — нулю ( 71 = 0), потенциал ее, отнесенный к раствору, обозначается ч( рез г 5). Следующая, удаленная от поверхности металла на расстояние, до которого могут подходить ионы (центры их заряда) в процессе теплового движения, называется внешней плоскостью Гельмгольца ее общий заряд, отнесенный к единице поверхности, равен /2, а потенциал плоскости -фг- [c.271]

Однако внутренняя и внешняя плоскости Гельмгольца отличаются не только различной удаленностью от поверхности. Ионы на внутренней плоскости находятся в потенциальной яме, лотеряв полностью или частично гидратную оболочку. Их переходу в раствор мешает потенциальный барьер, равный работе против сил специфического взаимодействия ионов с металлом. Переходу ионов пз объема раствора на внутреннюю плоскость препятствует эффект частичной гидратации. Подходу ионов к поверхности металла ближе XI мешает сила отталкивания электронов ионов и металла. [c.421]

Рассмотрим теперь влияние специфически адсорбирующихся анионов на скорость реакции разряда катионов НзО на ртутном электроде. При специфической адсорбции анионов потенциалы внутренней и внешней плоскостей Гельмгольца (а следовательно, и 1-потенциал) сдвигаются в отрицательную сторону, что согласно уравнению (60.3) должно уменьшать перенапряжение. На рис. 135 приведены кривые перенапряжения водорода на ртути в подкисленных растворах солей поверхностно-активных анионов при постоянной ионной силе раствора. Постоянная общая концентрация выбирается для того, чтобы исключить эффект увеличения т . Как видно из рис. 135, экспериментальные данные подтверждают вывод об ускорении реаи ции разряда катионов в присутствии специфически адсорбированных анионов, причем уско- [c.253]

Использование средних значений грд вместо истинных не позволяет определить истинную константу скорости, а дает только некоторое ее эффективное значение. Можно указать на два аргумента, согласно которым истинные значения ар1-потенциала при электровосстановлении анионов должны быть менее отрицательными, нежели средние значения Первый аргумент состоит в том, что при г()1=г1 о максимальная скорость вхождения анионов в двойной слой, определяемая формулой (52.1), оказывается меньше реально наблюдаемой скорости разряда. Таким образом, при 1 31=г1)о процесс должен был бы лимитироваться медленным вхождением в двойной электрический слой, что, однако, противоречит эксперименту. Чтобы избежать этого противо-речия, необходимо предполо-жить, что отталкивание анионов полем двойного слоя не столь велико, т. е. что истинное значение положительнее среднего потенциала внешней плоскости Гельмгольца. [c.269]

Поскольку вхождение анионов в плотную часть двойного слоя при <0 мало вероятно, полученный результат является следствием дискретного характера распределения зарядов на внешней плоскости Гельмгольца. По-видимому, разряжающиеся анионы подходят к электроду вблизи адсорбированных катионов, где поэтому т 1-потенциал имеет более положительное значение, чемгро. Разряд анионов при д<.0 происходит через как бы катионные мостики , т. е. ионные пары. [c.269]

Другой аргумент в пользу разряда анионов через катионные мостики, когда вытекает из температурной зависимости тока в минимуме на 1, -кривой. Поскольку в этой точке (д 1п ИдЕ)т= -0, то в соответствии с уравнениями (49.15) — (49.17) в минимуме Б-кри-вой А=Ш. Таким образом, по температурной зависимости минимального тока можно определить идеальную энергию активации Для реакции восстановления на ртутном электроде в присутствии катионов На+ W= , кДж/моль, а в присутствии катионов =—8,4 кДж/моль. В присутствии ионов Ыа+ скорость реакции возрастает с температурой, хотя и значительно медленнее, чем этого можно было бы ожидать для реакции, контролируемой скоростью разряда. В присутствии ионовС5+ скорость реакции падает с ростом температуры. Этот результат можно объяснить разрушением ионных пар с ростом температуры, что эквивалентно уменьшению поверхностной концентрации реагирующих анионов при размазывании заряда по внешней плоскости Гельмгольца. Таким образом, регистрируемая энергия [c.269]

Предположим теперь, что на некотором расстоянии от первой плоскости с дискретными зарядами (внутренняя плоскость Гельмгольца) находится вторая с равномерно размазанным зарядом, равным по величине, но противоположным по знаку заряду первой плоскости (внешняя плоскость Гельмгольца). Такое различие в свойствах внешней и внутренней плоскостей Гельмгольца является некоторым допущением теории двойного слоя, поскольку дискретный характер зарядов проявляется также и в диффузном слое. Физическим основанием для 9Т0Г0 допущения является то обстоятельство, что поступательное тепловое движение ионов в пределах диффузного слоя в большей степени приводит к размазыванию заряда по сравнению с колебательным движением специфически адсорбированных ионов. Дискретный характер распределения ионов на внешней плоскости Гельмгольца оказывает заметное влияние на кинетику электродных процессов. Однако [c.123]

Рассмотрим теперь влияние специфически адсорбирующихся анионов на скорость реакции разряда катионов Н3О+ на ртутном электроде. При специфической адсорбции анионов потенциалы внутренней и внешней плоскостей Гельмгольца (а следовательно, и 1з1-потенциал) сдвигаются в отрицательную сторону, что, согласно уравнению (50.3), должно уменьшать перенапряжение. На рис. 135 приведены кривые перенапряжения водорода на ртути в подкисленных растворах солей поверхностно-активных анионов при постоянной ионной силе раствора. Постоянная общая концентрация выбирается для того, чтобы исключить эффект увеличения т). Как видно из рис. 135, экспериментальные данные подтверждают вывод об ускорении реакции разряда катионов в присутствии специфически адсорбированных анионов, причем ускоряющий эффект проявляется только в области их адсорбции. Этот результат означает, что эффект увеличения поверхностной концентрации НзО" в присутствии адсорбированных анионов превалирует над эффектом возрастания энергии активации [пропорциональной (ф — Ifii)], когда гр1-потенциал сдвигается в отрицательную сторону. [c.269]

Построение и. т. з. оказывается возможным лишь при отсутствии заметной специфической адсорбции ионов, когда вместо 1 1-потенциала можно подставить среднее значение потенциала внешней плоскости Гельмгольца ij o. На рис. 146 представлены и. т. з. для восстановления аниона SjOl в присутствии различных концентраций NaF. Все экспериментальные точки для растворов различной концентрации, которые в координатах i — ф дают серию несовпадающих кривых, укладываются на одну общую и. т. з. [c.285]

Другой аргумент в пользу разряда анионов через катионные мостики, когда ф)] Ф ф>о, вытекает из температурной зависимости тока в минимуме на г, ф-кривой. Поскольку в этой точке ф in Ид ф )т= = д In Ид( )т = О, то в соответствии с уравнениями (49.18) — (49.20) в минимуме /, ф-кривой А = W. Таким образом, по температурной зависимости минимального тока можно определить идеальную энергию активации W. Для реакции восстановления SjOj на ртутном электроде в присутствии катионов Na+ W = 4,1 ккал моль, а в присутствии катионов s W = —2 ккал моль. В первом случае скорость реакции возрастает с температурой, хотя и значительно медленнее, чем этого можно было бы ожидать для реакции, контролируемой скоростью разряда. Во втором случае скорость реакции падает с ростом температуры. Этот результат можно объяснить разрушением катионных мостиков с ростом температуры, что эквивалентно уменьшению поверхностной концентрации реагирующих анионов при размазывании заряда по внешней плоскости Гельмгольца. Таким образом, регистрируемая энергия активации W по существу является эффективной величиной, отражающей сумму двух противоположных эффектов ускорения стадии разряда за счет снижения высоты потенциального барьера и уменьшения скорости в результате сдвига истинного значения ф>1 в отрицательную сторону при разрушении катионных мостиков. При разряде анионов SjOr в присутствии Na+ преобладает первый эффект, а на фоне s — второй. [c.286]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология