Двойной электрический слой Гельмгольца

Современная теория строения двойного электрического слоя основана на представлениях Штерна. Она объединяет две предыдущие теории. Согласно современной теории слой противо ионо состоит из двух частей (рис. П. 13). Одна часть находится в непосредственной близости к межфазной поверхности и образует слои Гельмгольца (адсорбционный слой) толщиной б не более диаметра гидратированных иоиов, его составляющих. Другая часть противоионов находится за слоем Гельмгольца, в диффузной части (диффузный слой Гуи с потенциалом ф ), толщина I которой может быть значительной и зависит от свойств и состава системы. Потенциал в диффузной части двойного электрического слоя не может зависеть линейно от расстояния, так как ионы в нем распределены неравномерно. В соответствии с принятыми представлениями иотенциал в слое Гельмгольца при увеличении расстояния от слоя потенциалопределяющих ионов сни- [c.54]

Рис. 57. Двойной электрический слой по Гельмгольцу (а) и по Штерну (6)

Современная теория двойного электрического слоя использует теорию Гуи — Чепмена для описания диффузий части этого слоя. В первоначальном виде теория Гуи — Чепмена ие учитывала наличия слоя Гельмгольца и поэтому ее допущения не позволяли правильно описать электрические явления, на которые существенное влияние оказывает плотная, непосредственно прилегающая к межфазной поверхности часть слоя. Пренебрежение размерами иоиов приводит к тому, что не учитывается минимальная толщина слоя, и это в свою очередь вызывает большие ошибки при расчете параметров двойного электрического слоя. Теория Гуи — Чепмена, учитывая только концентрацию и заряд нонов электролитов, не объясняет различного действия ионов разной природы, связанного со специфической адсорбцией их на межфазной поверхности. [c.60]

Впервые представление об образовании двойного электрического слоя было высказано Квинке (1859) и развитое работах Гельмгольца (1879). По этим представлениям, двойной электрический слой подобен плоскому конденсатору, одна обкладка которого находится в твердой фазе, другая — в растворе. Толщина конденсатора имеет порядок молекулярного радиуса. По Гельмгольцу, образование двойного электрического слоя происходит следующим образом. На поверхности коллоидных частиц адсорбируется преимущественно один из ионов, который и сообщает поверхности свой знак заряда. Под действием электростатических сил притяжения противоионы (или компенсирующие ионы) стремятся расположиться возможно ближе к ионам, адсорбированным на поверхности частиц. В результате образуются два слоя ионов, из которых один расположен на поверхности, другой — в растворе, на расстоянии молекулярного радиуса (рис. 93, /). Такая система ионов (в целом нейтральная) получила название двойного электрического слоя по Гельмгольцу. [c.314]

Модель двойного электрического слоя, отвечающая этим простейшим представлениям, ириводит к двум возможным значениям -потенциала. Если предположить, что все заряды, находящиеся в растворе, способны перемещаться вместе с жидкостью или при движ( нии твердого тела относительно жидкости пе увлекаться вместе с ним, то -потенциал по величине -будет совпадать с -потенциалом, и его изменение с концентрацией электролита должно подчиняться формуле Нернста. Если заряды, находящиеся в растворе, при относительном движении жидкости и твердого тела связаны только с последним и перемещаются вместе с ним, то -потенциал всегда будет равен нулю. Ни одно из этих следствий, вытекающих из теории Гельмгольца, не согласуется ни с экспериментально установленным соотно1дением между (или й м.ь) и -потенциалами, ни с найденной экспериментально зависимостью -потенциала от концентрации (если не считать, что -потенциал лзожет быть равен нулю в очень концентрированных растворах электролнтов и ири определенном составе раствора, отвечающем изоэлектрической точке). Теория Гельмгольца не объясняет также причины изменения заряда повер> ности металла в присутствии поверхностно-активных веществ при заданном значении -потенциала. Вместе с тем теория конденсированного двойного слоя позволяет получить значения емкости двойного слоя, согласующиеся с опытом, а при использовании экспериментальных значений емко- [c.262]

Двойной электрический слой (ДЭС) состоит из заряженной поверхности с потенциалом фо и противоположно заряженной части слоя, в которой находятся противоионы (рис. 24). Одна часть противоионов примыкает непосредственно к поверхности, образуя плотный (адсорбционный) слой — слой Гельмгольца. Другая часть противоионов под действием теплового движения распространяется в глубь фазы, образуя так называемый диффузионный слой, или слой Гуи. [c.77]

Первая теория строения двойного электрического слоя (Гельмгольц) рассматривала его в виде плоского конденсатора, одной обкладкой которого является заряженная поверхность электрода, а вторую образует слой противоположно заряженных ионов, расположенный в электролите. Расстояние между обкладками бц принимается равным радиусу ионов г,.. В таком случае емкость двойног электрического слоя может рассчитываться по формуле [c.101]

Применив для оценки величины АЯо модель плоского двойного электрического слоя Гельмгольца, А. И. Бродский получил выражение вида [c.15]

Рассмотрим более подробно явление злектроосмоса, т. е. передвижение жидкости по отношению к твердому телу под действием приложенной извне разности потенциалов. Как известно, электроосмос был первым из открытых Рейссом электрокинетических эффектов и является одним из наиболее изученных как в теоретическом, так и в экспериментальном отношении. С помощью электроосмоса во многих случаях можно наиболее просто (с методической стороны) определить знак заряда и величину электрокинетического потенциала различных пористых тел, диафрагм, порошков, грунтов и пр. На основе первых количественных опытов, проведенных в середине прошлого века Квинке, Видеманом и др., и гипотезы Квинке о существовании двойного электрического слоя Гельмгольц в 70-х годах прошлого века создал общую теорию электрокинетических явлений и дал математическую обработку ряду закономерностей, установленных в результате эксперимента по электроосмосу. Основные закономерности, которые были установлены в экспериментах по злек-троосмосу, оказались следующими [c.47]

Электролитический механизм статической электризации охватывает явления начиная от процессов, лежащих в основе действия гальванического элемента, и кончая ведущими к образованию так называемых двойных электрических слоев Гельмгольца на поверхности металлов или других веществ при контакте с жидкостями, которые обычно обладают высокой диэлектрической проницаемостью. Эта группа явлений обусловлена переходом ионов [50, с. 15]. [c.19]

Это классическое выражение для скорости движения жидкости при электроосмосе можно получить н на основе представлений двойного электрического слоя как плоского конденсатора, что и было сделано еще Гельмгольцем. Более строгий вывод соотношения (IV. 66) был затем дан Смолуховскнм. Поэтому уравнение (IV. 66) носит название уравнения Гельмгольца—Смолуховского. [c.221]

По Гельмгольцу (1879 г.), двойной электрический слой можно уподобить плоскому конденсатору, одна из обкладок которого совпадает с плоскостью, проходящей через поверхностные заряды [c.157]

Ионы раствора, образующие внешний двойной электрический слой, подвержены действию сил электрического поля зарядов на металле, а также дезориентирующих сил теплового движения. В результате этого ионы притягиваются частично к поверхности, образуя вблизи электрода слой Гельмгольца, и частично диффузно располагаются в пространстве в виде слоя Гуи [2]. [c.36]

Во всех выражениях для скорости электрокинетических явлений или для потенциалов перемещения величины е и 8 или е и характеризующие двойной электрический слой в элементарной теории электрокинетических явлений, сопряжены попарно. По этой причине Гуггенгейм в 1940 г. предложил использовать их не в отдельности, а в виде произведения е8 или е /4я, характеризующего момент двойного слоя, и в честь автора теории электрокинетических явлений назвать единицу измерения этого момента гельмгольц . [c.143]

При рассмотрении строения мицеллы было показано, что при взаимодействии лиофобных коллоидов с электролитами на поверхности ядра адсорбируются определенные ионы из раствора. Ядро с адсорбированными на нем ионами того или иного знака взаимодействует с окружающим раствором. При этом благодаря электростатическому притяжению ионы, обладающие знаком, противоположным по отношению к потенциалопределяю-щим ионам, стремятся расположиться к ним как можно ближе. В результате этого образуются два близко расположенных слоя ионов один на поверхности (потенциалобразующие ионы) и другой в растворе (противоионы). Такая система называется двойным электрическим слоем Гельмгольца (рис. 122). Следует помнить, что в целом эта система электроней-тральна. В представлении Гельмгольца двойной электрический слой по добен плоскому конденсатору, внутренняя обкладка которого находится в твердой фазе, а внешняя — расположена в жидкости параллельно твердой поверхности ядра на расстоянии молекулярного порядка. Общий термодинамический по- [c.319]

ДВОЙНОГО электрического слоя пр иближается к модели, предложенной Гельмгольцем. В области средних концентраций, где сравнимо по величине с ЯТ Р, ее зависимость от концентрации можно выразить следующими приближенными уравнениями, вытекающими из формулы Штерна для положительных величин [c.270]

Квинке объяснял электрокинетические явления возникновением у межфазной границы двойного электрического слоя. Гельмгольц развил идеи Квинке и попытался количественно подойти к объяс-нению электрокинетических явлений. При рассмотрении электрокинетических явлений Гельмгольц исходил из следующих положений. [c.197]

Правая часть этого уравнения представляет собой выражение для диффузного слоя, выведенное Гуи [44] в 1910 и Чапмэном [45] в 1913 г. В этом уравнении сг — плотность электрического заряда на поверхности металла, С — интегральная емкость двойного электрического слоя Гельмгольца, отнесенная к 1 см , Е — потенциал по отношению к потенциалу электрокапиллярного нуля, Сг — концентрация г-го иона (моль-см ), имеющего валентность 2 . Наконец, е—диэлектрическая постоянная воды, причем считается, что она сохраняет свою величину неизменной и в пределах двойного электрического слоя. [c.203]

Строение частички, окруженной трехвалентными противоионами, приближается к условной структуре двойного электрического слоя Гельмгольца. Такая частичка электронейтральна по отношению к любой другой частичке, отстоящей от нее па большем расстоянии, чем расстояние удаления противоиона. В отличие от этого, про-тивоионная атмосфера из одновалентных ионов вокруг подобной частички, представленная на рис. 1,а, имеет диффузный характер и большой радиус. Отталкивающее действие такой частички по отношению к другой, подобной ей и находящейся вблизи, велико, и присутствие противоионов не намного его уменьшит. [c.139]

Согласно теории Штерна, у поверхности металла, граничащего с электролитом, образуется двойной электрический слой ионов, состоящий из адсорбционной части толщиной б (двойной электрический слой Гельмгольца, определяющий почти все падение потенциала в концентрированных растворах) и диффузионной части (двойной электрический слой Гюи — Чапмена, определяющий почти все падение потенциала в разбавленных растворах). Заряд диффузионной части двойного слоя распределен статистически, подобно тому, как это происходит в ионной атмосфере, по теории Дебая — Хюккеля (см. ФХ 1.3.2). Если изобразить потенциал как функцию расстояния от поверхности металла, то в пределах адсорбционной части двойного слоя (до расстояния 6), отмечается линейное падение потенциала, а в диффузионной части — экспоненциальное падение до нулевого значения внутри электролита. [c.493]

Чем же объяснить своеобраз1ие дзета-потенциала Как уже указывалось, при образовании термодинамического потенциала от поверхности твердого тела отщепляются ионы и уходят в среду. Благодаря электростатическому взаимодействию, эти ионы, несущие положительный или отрицательный заряд, должны расположиться на расстоянии одной молекулы от поверхности, в результате чего образуется двойной электрический слой Гельмгольца. Опыт показывает, однако, что внешний электрический слой размыт вследствие рассеивающего влияния теплового движения. Отсюда, по теории Г у и, вместо упорядоченнойоднослойной обкладки возникает ионная атмосфера, концентрация которой падает по мере удаления от поверхности твердого тела. Следовательно, количество положительных и отрицательных зарядов в коллоидной системе будет одинаково, но плотно 1сть заряда на поверхности коллоидной частицы и в ионной атмосфере будет значительно отличаться. Она будет наибольшей на поверхности частиц. Однако структура ионной атмосферы также неоднородна. [c.270]

Рассмотрим, может ли протекать какой-нибудь процесс отдельно, например, анодный процесс, т. е. переход металлов в электролит в виде ионов и накопление электронов в металле. Ясно, что такой процесс еколько-нибудь продолжительное время итти не может, так как на поверхности металла, вследствие взаимного притяжения положительных ионов и электронов образуется двойной электрический слой Гельмгольца, и растворение металла прекратится. Прекратится также освобождение электронов, перетекающих к поверхности катода, и разряд ионов водорода или образование ионов гидроксила. Только вследствие связывания электронов на катодных участках нарушится двойной слой, и ионы металла будут переходить в раствор. [c.39]

Первую количественную теорию строения двойного электрического слоя на границе металл — раствор связывают обычно с именем Гельмгольца (1853). По Гельмгольцу, двойной электрический слой можно уподобить плоскому конденсатору, одна из обкладок которого совпадает с плоскостью, проходящей через поверхностные заряды в металле, другая — с плоскостью, соединяющей центры тя- кестн зарядов 1, онов, находящихся в растворе, по притянутых электростатическими силами к иоверлиости металла (рис. 12.1). Толщина двойного слоя I (т. е. расстояние между обкладками [c.261]

Первые предположения о его образовании были сделаны Квинке. Строение двойного электрического слоя впервые было представлено Гельмгольцем и Перреном по аналогии со строением плоского конденсатора. Предполагалось, что, как и в плоском конденсаторе, на границе соприкасающихся фаз заряды располагаются в виде двух рядов разноименных ионов. Толщина слоя считалась близкой к молекулярным размерам или размерам сольватированных ионов. Потенциал слоя снижается на этом расстоянии линейно до нуля. Поверхностный заряд <7 определяется в соответствии с теорией плоского конденсатора уравнением (11.80) [c.54]

Теория Гуи—Чапмана оправдывается лучше всего там, где теория Гельмгольца оказывается неприложнмой, и, наоборот, последняя дает лучшую сходимость с опытом в тех случаях, когда первая дает неверные результаты. Следовательно, строению двойного электрического слоя должно отвечать некоторое сочетание моделей, предложенных Гельмгольцем п Гуи — [c.267]

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]

Как уже отмечалось, на границе между проводником первого рода и электролитом возникает двойной электрический слой. Однако рассмотренный выше (см. рис. XX, 1) двойной слой, который на плоском электроде образует плоский кондеп-сагор, является лишь упрощенной моделью. Такая модель бь[ла впервые предложена Гельмгольцем в 1879 г. Более поздние исследования показали, что ионы двойного электрического слоя принимают участие в тепловом движении, которое, в зави- [c.537]

Рис. 11.8. Схема строения двойного электрического слоя, по теории Квинке — Гельмгольца

Из уравнения (XX, 6) видно, что определяющей суммарную емкость двойного электрического слоя является меньшая из величин Сг и Сд. Емкость плотной части двойного слоя определяется размерами адсорбированных ионов и способностью их деформироваться под действием электрического поля. Поэтому при постоянной температуре Сг является функцией только заряда поверхности и не зависит от концентрации электролита. Обычно величины емкости плотного слоя лежат в пределах 20-4-40 мкф/см . В отли-чие 01 Сг, емкость диффузной части двойного слоя существенно зависит от концентрации электролита (уменьшается с разбавлением, а также с уменьшением заряда электрода). Если концентрация электролита высока, то емкость диффузной части двойного слои значительно превышает емкость слоя Гельмгольца. В этом случае [см. уравнение (XX, 6)] [c.539]

Штерн предложил р ассматривать двойной электрический слой состоящим из двух частей внутренней (плотный слой Гельмгольца) и внешней (диффузный слой). Это позволило использовать теорию Гуи — Чепмена для описания строения внешней части слоя, где можно пренебречь адсорбционными силами и размерами иоиов. Внутреннюю часть Штерн представил как адсорбционный мопоионный слой толщиной не менее двух радиусов ионов (см. рис. 11.13). Введенный Штерном потенциал часто называют штерновским. [c.60]

Двойной слой на границе раствор —металл создается электрическими зарядами, находящимися на металле, и ионами противоположного знака (противоионами), ориентированными у поверхности электрода. В формировании ионной обкладки двойного слоя принимают участие как электростатические силы, под влиянием которых противоионы подходят к поверхности электрода, так и силы теплового (молекулярного) движения, в результате действия которых двойной слой приобретает размытое, дис узное строение. Кроме того, в создании двойного электрического слоя на границе металл — раствор существенную роль играет эффект специфической адсорбции поверхностно-активных ионов и молекул, которые могут содержаться в электролите. Теория двойного электрического слоя сложилась на основе работ Гельмгольца, Штерна, А. Н. Фрумкина и др. [c.473]

Первое представление о строении двойного электрического слоя бь . ю дано Квинке и Гельмгольцем. В дальнейшем оно было развито в работах Гун, Чепмена, Штерна, Шапиро и др. [c.112]

На основе строения ССЕ и теории двойного электрическог1) слоя Штерна, но МОжны два случая. Первый характеризуется отношением hjr—>-0 в этом случае толщина двойного слоя П(з Гельмгольцу — Перрену на поверхности ядра ССЕ мала и приближается к монослою. Второй случай описывается отношением /г/г—оо. Для этого случая толщина двойного электрического слоя. значительна по сравнению с радиусом кривизны ядер ССЕ. Распределение молекул в адсорбционно-сольватном слое отличается от первого случая. [c.159]

Штерн попытался учесть влияние специфической адсорбции на электрический потенциал, обусловленной действием ковалентных сил дополнительно к электростатическим силам. Так как радиус действия сил такой адсорбции соизмерим с размером ионов, это дает основание учитывать их только для иоиов, входящих в плотный слой Гельмгольца. Как видно из рис. И. 13, плотность поверхностного заряда противоионов можно разделить на две части плотность заряда обусловленного монопонным слоем, представляющим собой слой Гельмгольца, и плотность заряда диффузного слоя Гуи. Общая поверхностная плотность заряда двойного электрического слоя равна сумме поверхностиых плотностей зарядов плотного и диффузного слоев [c.60]

V т= наЗ (где 8 — поперечное сеченпе всех капмлляров в порпстой мембране). Необходимо помнить, что уравнение Гельмгольца— Смолуховского выведено, исходя из допущения, что вся масса жидкости в капиллярах перемещается со скоростью иа. Однако скорость перемещения жидкости в двойном электрическом слое меньше, чем о- Следовательно, уравнение (IV. 66) справедливо в том случае, когда размеры капилляров значительно больше толщины двойного слоя. [c.222]

Стремясь устранить недостатки теории Гельмгольца, Гуи и Чапмен предположили, что двойной электрический слой в растворе имеет диффузное строение, причем расположение ионов подчиняется статистической формуле Больцмана. Средняя плотность заряда в растворе, как и в теории Гельмгольца, принимается равной по величине и обратной по знаку удельному поверхностному заряду со стороны металла [c.101]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология