Слой Дебая Хюккеля

Электростатическая теория коагуляции Г. Мюллера. В отличие от адсорбционной теории эта теория исходила из того, что введение электролита в золь не изменяет общего заряда в двойном слое частицы, а вызывает сжатие диффузного слоя. Уменьшение толщины ионной атмосферы приводит к снижению -потенциала, которое может быть вычислено на основе теории сильных электролитов Дебая—Хюккеля. Вследствие снижения -потенциала уменьшается стабильность золя. [c.426]

Роль водородных связей в образовании ионных пар. Отклонения электролитической проводимости больших ионов от предельного закона Дебая — Хюккеля — Онзагера, зависимость коэффициента активности и осмотического коэффициента от концентрации и некоторые другие явления указывают на то, что большие ионы не имеют первичной гидратной оболочки и влияние их вторичной гидратации проявляется главным образом в воздействии на структуру прилегающих к ионам слоев воды, вызывающем повышение упорядоченности. Эти ионы, так сказать, гидрофобны, и их структурообразующее влияние на воду тем больше, чем больше их размеры. Как отмечает Даймонд [48а], в растворах больших ионов, не имеющих первичной гидратной оболочки, образование ионных пар облегчается тем, что в добавление к электростатическому притяжению между их зарядами вода вблизи этих ионов проявляет эффект, способствующий усилению взаимной связи гидрофобных ионов благодаря структурированию. Это добавочное действие обусловлено тем, что водородные связи между молекулами воды стремятся усилить взаимодействие между молекулами и снизить искажения структуры воды. Влияние структуры жидкости, облегчающее ионную ассоциацию, отличается от образования ионных пар по Бьерруму, обусловленному одним лишь действием электростатических сил. Это влияние возникает только в жидкостях, для которых характерно об- [c.508]

В теории Дебая — Хюккеля первую поправку рассчитывают, используя следующее представление. Пусть объемная плотность р заряда ионной атмосферы жестко связана со средой в каждом элементе объема. Тогда во внешнем электрическом поле на сферический слой среды с толщиной dr действует сила [c.459]

Любую коллоидную частицу можно представить состоящей из одного гигантского полииона и множества противоионов. Поэтому любой золь (если он не находится в изоэлектрическом состоянии) является коллоидным электролитом. Действительно, свойства золей непрерывно переходят в свойства растворов электролитов, например электрофорез — в электромиграцию (движение ионов в электрическом поле). Двойной электрический слой в процессе предельного диспергирования превращается в ионную атмосферу, характеризующуюся теми же основными закономерностями трактовка Гуи переходит при этом в представления теории сильных электролитов Дебая — Хюккеля. С такими проявлениями глубокой общности свойств коллоидных и гомогенных растворов мы уже встречались. [c.321]

Электрофоретическое разделение возможно лишь тогда, когда ионы различаются по их подвижности. Эффективный заряд представляет собой заряд иона за вычетом части заряда окружающего противоположно заряженного двойного электрического слоя. При перемещении ион притягивает эту часть двойного электрического слоя и передвигается из-за этого более медленно. Это явление называется электрофоретическим эффектом, который наиболее сильно проявляется в тонких диффузных двойных слоях вокруг ионов. Этот характеристический двойной электрический слой может быть рассчитан по теории Дебая-Хюккеля. Он обратно пропорционален корню квадратному из концентрации электролита. Отсюда следует, что эффективный заряд иона и, соответственно, скорость перемещения при увеличении ионной силы уменьшаются. [c.9]

Очевидно, что изменение знака заряда поверхности превращает побочный ион в противоион и наоборот, и функции VI и V2 меняются местами. При малых потенциалах соотношения (1.31) и (1.36) пере- ходят в решение уравнения Дебая—Хюккеля (1.37). Если же потенциал границы диффузного слоя 1 не мал, то вдали от поверхности возможна линеаризация по (х). При этом для симметричных электролитов [58] [c.19]

В основе другого метода расчета П лежит предварительный расчет свободной энергии Сд перекрытых ДЭС. В зтом случае энергия взаимодействия определяется по разности сумм свободных энергий перекрыты и удаленных друг от друга двойных слоев, а расклинивающее давление находится затем путем дифференцирования Уе ПО расстоянию. Расчет свободной энергии обычно сопряжен со значительными трудностями не только вычислительного, но и принципиального характера, на что впервые обратил внимание Дерягин [7]. Он указал два возможных способа расчета и в приближении Дебая—Хюккеля получил правильное выражение для Уе, совпадающее с тем, которое дает интегрирование расклинивающего давления, найденного с помощью прямого силового метода [1]. Первый из предложенных в [7] методов вычисления свободной энергии является термодинамическим, а второй представляет собой модификацию метода заряжения, примененного Дебаем в теории сильных электролитов. Оба эти метода были впоследствии использованы при разработке теории устойчивости лиофобных коллоидов [8—10]. Особенности разных методов расчета свободной энергии двойных слоев подробно обсуждаются в обзоре [11], где, в частности, доказана эквивалентность термодинамического метода и метода заряжения. [c.150]

Таким образом, д, связано с распределением ф в двойном слое. В случае тонкого двойного слоя под г понимается координата, направленная по нормали к поверхности. В приближении Дебая — Хюккеля имеем [c.197]

Приближение Дебая — Хюккеля дает распределение потенциала в двойном слое в виде ф . = ехр (-х/Хд ). Тогда на оси симметрии имеем [c.209]

Св-ва приповерхностного слоя, имеющего размеры порядка дебаевской длины (ем. Дебая—Хюккеля теория), в П. отличаются от объемных приповерхностная концентрация носителей может быть как больше, так и меньше объемной на неск. порядков. Пов-сть П. может оказывать каталитич. действие на протекание хим. р-ций. [c.472]

Возникновение диффузного слоя ионов в растворе вблизи межфазной границы обусловлено равновесием между притяжением (отталкиванием) ионов к заряженному электроду и выравниванием ионных концентраций за счет тепловой диффузии. Это равновесие было теоретически рассмотрено в работах Гуи [2] и Чэпмена [3]. Трактовка этих авторов близка к теории сильных электролитов Дебая-Хюккеля. Теория Гуи-Чэпмена основана на ряде не вполне строгих предположений. Например, в этой теории ионы рассматриваются как точечные заряды, а также принимается, что при переносе ионов к границе раздела фаз затрачивается лишь электростатическая работа. Поэтому теория Гуи— Чэпмена является точной лишь для разбавленных растворов. Далее, в этой теории принимается, что роль растворителя в электрическом взаимодействии между ионом и электродом можно учесть с помощью макроскопической диэлектрической проницаемости. Это предположение в электрохимической теории весьма распространено и зачастую неизбежно, однако его пригодность для описания электростатических взаимодействий на расстояниях, сравнимых с молекулярными размерами, в высшей степени сомнительна. Тем не менее простую теорию двойного слоя с успехом применяли к целому ряду растворителей в различных условиях. Успехи теории частично объясняются тем обстоятельством, что в области ее несостоятельности (при больших концентрациях электролита или больших напряжениях) диффузный слой слабо влияет на свойства двойного слоя. Вывод основных уравнений диффузного слоя довольно прост и будет опущен. Подробное рассмотрение вопроса читатель найдет в обзоре Грэма [7]. [c.67]

Гуи [92] и Чепмен [93] независимо друг от друга предложили теорию диффузного двойного слоя, учитывающую действие теплового движения. Эта теория в принципе аналогична расчету ионной атмосферы по теории Дебая — Хюккеля, появившейся на 10 лет позднее. В сущности, величина 1/к, обозначающая в теории Дебая— Хюккеля радиус ионной атмосферы (разд. 2-3), в теории Гуи — Чепмена является мерой толщины двойного слоя [92, 93]. Протяженность диффузного слоя ионов находится в обратной зависимости (приближенно) от квадратного корня из концентрации данного электролита. Если противоионы имеют большой заряд, то двойной слой сжат значительно сильнее, чем в присутствии противоионов малого заряда, так как электрическое притяжение возрастает пропорционально квадрату заряда иона. [c.180]

В физической теории устойчивости лиофобных коллоидов система взаимодействующих двойных слоев в первом приближении рассматривается как равновесная. При сближении одинаково заряженных частиц в растворе электролита происходит их отталкивание. Последнее не является кулоновским, так как заряд поверхности частиц полностью компенсирован зарядом противоионов. Силы отталкивания появляются при перекрытии диффузных ионных атмосфер (периферической части ДЭС) при этом концентрация ионов в зоне перекрытия возрастает по сравнению с невзаимодействующими слоями. Избыточная концентрация ионов в этом слое создает локальное осмотическое давление, стремящееся раздвинуть поверхности, т. е. приводит к возникновению так называемой электростатической компоненты расклинивающего давления. Расчет этой силы отталкивания на основе теории двойного слоя Гуи — Чепмена и теории сильных электролитов Дебая — Хюккеля был впервые выполнен Дерягиным [9], а затем другими исследователями. [c.14]

Фактор 1/х соответствует толщине этого слоя. Эта толщина может быть рассчитана на основе теории Дебая — Хюккеля. Учет экранирующего эффекта приведет к значительному уменьшению второго члена в выражении (4.52). Таким образом, из расчета можно получить значение AU порядка 0,4—0,5 эй. [c.103]

Диффузная часть двойного слоя рассматривается как часть раствора электролита, однако здесь раствор электрически не нейтрален. Используемая для рассмотрения этой области модель по существу совпадает с моделью Дебая—Хюккеля, применявшейся для отыскания распределения ионов вокруг центрального иона и в дальнейшем для расчета электрического вклада в коэффициенты активности (разд. 27 и 28). Считается, что ионные концентрации в диффузной части двойного слоя связаны с потенциалом распределением Больцмана [уравнение (27-1)] [c.184]

НИЯ (52-2). Здесь 2 —положение внутренней границы диффузного слоя, т. е. наименьшее расстояние, на которое сольватиро-ванный ион может приблизиться к электроду эта величина применяется ко всем ионным компонентам. Отметим сходство уг с параметром а в теории Дебая—Хюккеля. [c.185]

Автор работы [4] предпочитает заменять дзета-потенциал плотностью заряда 92 в диффузном слое. В приближении Дебая—Хюккеля величины и 92 можно связать соотношением [c.219]

Члены в уравнениях (63-44) и (63-45) можно интерпретировать физически. Первый член в правой части уравнения (63-45) можно было бы назвать избыточной поверхностной проводимостью, вызванной тем, что значения ионных концентраций внутри диффузного слоя отличаются от объемных. Эта величина может быть положительной или отрицательной и равна нулю для симметричного электролита с равными подвижностями катионов и анионов. В приближении Дебая—Хюккеля (вновь для симметричного электролита) значение с++с- внутри диффузного слоя постоянно. Поэтому замена менее подвижных ионов более подвижными противоионами увеличила бы локальную проводимость. Если отказаться от этого приближения, то [c.228]

Уравнение (63-44) и уравнение (63-40) или (62-5) являются векторными уравнениями, относящимися к поверхностной плотности тока, скорости скольжения на поверхности, тангенциальному электрическому полю и напряжению трения. Они применимы и в системах с другой геометрией, если диффузный слой может считаться тонким по сравнению с другими характерными длинами. В таких случаях диффузный слой по существу является плоским, и эти уравнения можно уточнить, учитывая то обстоятельство, что задачу о плоском диффузном слое можно решить, не прибегая к приближению Дебая—Хюккеля. [c.229]

Дополнительные аргументы в пользу соотношения Нернста— Эйнштейна дает теория Дебая—Хюккеля, рассматривающая межионное притяжение (разд. 27), и теория диффузного слоя на межфазной границе (разд. 52). В обоих случаях описываются равновесные состояния, когда ионные потоки и конвективные [c.276]

Другим термином, обычно встречающимся в литературе по электрофорезу, является термин двойной слой. Этот термин возникает вследствие того, что уравнения, подобные (24-9), были выведены до появления теории Дебая—Хюккеля. Предполагали, что заряженные частицы несут свой заряд на поверхности слоя и что второй окружающий слой несет противоионы, которые нейтрализуют заряд. Если второй слой рассматривать как диффузный с распределением заряда, рассчитанным с помощью теории [c.478]

Дебая—Хюккеля или родственных теорий, то эта картина является, конечно, правильной, и многие авторы продолжают использовать термин двойной слой, чтобы описать данную ситуацию. Отсюда не следует, однако, никакого различия в моделях, используемых здесь и в разделе 26, где этот термин не употребляется. [c.479]

Введение в коллоидные растворы индифферентных солей сопровождается двумя явлениями 1) ионным обменом между противоионами ДЭС и ионами добавленного электролита 2) сжатием диффузной атмосферы вокруг поверхности частиц. В качестве примера рассмотрим процессы, происходящие при добавлении раствора NaNOa к золю Agi с отрицательно заряженными частицами. В таком золе противоионами могут служить, например, катионы К . Между введенными ионами Na+ и противоионами ДЭС — катионами К" — происходит ионный обмен. Взаимодействие ионов и Na+ с ионами 1 , являющимися потенциалобразующими, примерно одинаково, поэтому их взаимный обмен подчиняется в основном закону действующих масс. Диффузный слой содержит смесь тех и других ионов. Однако здесь проявляется и другая сторона действия электролита. Добавка электролита приводит к повышению ионной силы раствора. Согласно теории Дебая—Хюккеля, с повышением ионной силы раствора уменьщается толщина ионной атмосферы и происходит сжатие диффузной части ДЭС. При этом некоторое число противоионов переходит из диффузного слоя в адсорбционный. Следствием такого распределения противоионов является снижение величины -потенциала (рис. 25.3, /), в то время как величина и знак ф-потенциала поверхности частиц остаются практически постоянными. Влияние электролитов усиливается, если в их составе имеются многозарядные ионы ( u" +, Са" +, АГ +, Th + ). Многозарядные катионы более активно взаимодействуют с отрицательными зарядами (в данном случае с ионами 1 ). Вследствие этого такие ионы вытесняют ионы К" " из Диффузного и адсорбционного слоев в раствор, становясь на их место. При этом падение -потенциала происходит быстрее, чем при действии однозарядных ионов (рис. 25.3,2). При добавлении электролитов с ионами, имеющими заряд 3, 4 и более, может происходить не только снижение -потенциала до нулевого значения, но и перемена знака заряда (рис. 25.3, [c.401]

Это уравнение показывает, что в приближении Дебая—Хюккеля дифференциальная емкость плоского двойного слоя С = равна емкости плоского конденсатора с расстоянием между обклад ками, равным дебаевской длине 1/х. [c.17]

Для энергии отталкивания сфер не суш ествует точных формул, даже в рамках линейного приближения Дебая—Хюккеля, хотя Маккартни и Левину и удалось достаточно сложным путем получить довольно хорошую и одновременно простую приближенную формулу, справедливую для малых потенциалов двойного слоя [34] [c.163]

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]

Чрезмерная упрощенность модели двойного слоя в теории Гуи — Чапмана была очевидной в течение многих лет, и тем удивительнее успех, достигнутый Грэмом при сопоставлении этой модели с экспериментом вплоть до концентраций, превышающих 0,1 м. Теория Гуи — Чапмана не содержала математических упрощений Дебая — Хюккеля, однако основывалась на сходных простых предпосылках. Необходимость разработки новых моделей ощущалась уже в течение многих лет, но лишь недавно (1960—1963) аппарат статистической механики, ранее развитый применительно к электролитам, был использован для исследования двойного слоя. Две работы, близкие в некоторых деталях, были выполнены Крыловым и Левичем (1963) и Баф-фом и Стилинджером (1963). Они являются значительным вкладом в теорию, но сейчас еще рано оценивать, каково будет их влияние на дальнейшее развитие этой области. [c.12]

Термодинамический анализ двойного слоя позволяет найти относительные поверхностные избытки ионов, но не может по самой своей сущности дать какую-либо информацию об ионном распределении. Для этой цели необходима модель. Ранняя модель Гельмгольца [1] и Квинке [2], в которой двойной слой рассматривался как плоско-параллельный конденсатор, чрезвычайно упрощена. Основой наших сегодняшних представлений о двойном слое пока продолжает оставаться модель, предложенная независимо Гуи [3, 4] и Чапманом [5] и видоизмененная Штерном [6]. Теория Гуи — Чапмана имеет очень много общего с теорией электролитов Дебая — Хюккеля, которая, однако, была развита десятилетием позже. В этой главе обсуждается модель Гуи — Чапмана — Штерна, связанные с ней представления и результаты экспериментальной проверки ее обоснованности. [c.41]

Впервые этот термин был использован в работах Перрена, Гельмгольца и других в конце девятнадцатого столетия. Перрен предложил рассматривать двойной слой как простой конденсатор [1]. Граница раздела представлялась в виде двух параллельных заряженных плоскостей, содержащих одинаковые по величине и противоположные по знаку заряды - избыток или недостаток электронов со стороны металла и соответствующий недостаток или избыток ионов со стороны раствора (рис. 1).Гуи [2] и Чэпмен [3] независимо показали, что в этой модели не учитывалось влияние теплового движения ионов и молекул растворителя, которое должно привести к диффузному распределению ионного заояда, а не к сосредоточению его в плоскости. Используя подход, в основных чертах сходный с теорией Дебая -Хюккеля для сильных электролитов, Гуи и Чэпмен получили выражение для распределения ионов и потенциала внутри диффузного слоя, а также рассчитали некоторые экспериментально наблюдаемые [c.50]

Вернемся к соотношению (5.53), устанавливающему для предлагаемого механизма реакции зависимость между избыточной свободной энергией активации и коэффиодентами химической активности реагентов. Коэффициенты активности обычно зависят от вида веществ в системе (растворитель, электролиты и т.д.) и их концентрации. Коэффициенты активности реагентов в растворе, согласно теории Дебая - Хюккеля, определяются характером растворенного состояния и избыточным химическим потенщалом. коэффициенты активности активированных комплексов, определяются соответствующей моделью переходного состояния. Например, для переходного состояния электродной реакции в системе с адсорбированными веществами можно ввести двумерную решетку, образованную реагентами и из 1ра-тельно адсорбированными веществами внутри слоя Гельмгольца- Ис- [c.165]

Следующим шагом должно быть, соответственно, введение ионного диаметра а в релаксационную компоненту проводимости Лр Первые попытки в этом направлении были предприняты Канеко [76, 77]. Он принял во внимание тот факт, что при сближении двух ионов расстояние между их центрами не может быть меньше а. Следовательно, в заряженной атмосфере около иона будет существовать слой, не содержащий зарядов. Предполагалось, что асимметричная компонента атмосферы заряда будет отличаться только постоянным множителем от значения Онзагера. Учет ионного диаметра при вычислении потенциала в теории Дебая — Хюккеля также приводит только к появлению коэффициента 1 + ха). [c.62]