Двойной слой (наука о поверхности)
Двойной слой ( DL , также называемый двойным электрическим слоем , EDL ) — это структура, которая появляется на поверхности объекта, когда он подвергается воздействию жидкости. Объект может быть твердой частицей, газовым пузырем, каплей жидкости или пористым телом . DL относится к двум параллельным слоям заряда, окружающим объект. Первый слой, поверхностный заряд (положительный или отрицательный), состоит из ионов, адсорбированных на объекте в результате химических взаимодействий. Второй слой состоит из ионов, притягиваемых к поверхности за счет кулоновской силы , электрически экранирующей .первый слой. Этот второй слой слабо связан с объектом. Он состоит из свободных ионов, которые движутся в жидкости под действием электрического притяжения и теплового движения , а не прочно закреплены. Поэтому его называют «диффузным слоем». (-> это описание DL неверно, по крайней мере, в отношении границы раздела электрод/электролит. Здесь DL относится к разделению заряда на границе раздела с электродом (который обычно представляет собой металл), обладающим отрицательным зарядом, и положительным зарядом электролита. Два слои (один электронный, другой ионный) разделены некоторым молекулярным расстоянием.Два слоя, упомянутых в приведенном выше описании, все находятся на стороне электролита (модель Гуи-Чепмена).
Межфазные DL наиболее заметны в системах с большим отношением площади поверхности к объему, таких как коллоидные или пористые тела с частицами или порами (соответственно) в масштабе от микрометров до нанометров. Однако DL важны для других явлений, таких как электрохимическое поведение электродов .
DL играют фундаментальную роль во многих повседневных веществах. Например, гомогенизированное молоко существует только потому, что капельки жира покрыты DL, препятствующим их коагуляции в масло. DL существуют практически во всех гетерогенных жидкостных системах, таких как кровь, краска, чернила, керамический и цементный растворы .
Когда электронный проводник контактирует с твердым или жидким ионным проводником (электролитом), между двумя фазами появляется общая граница ( интерфейс ). Герман фон Гельмгольц [1] первым понял, что заряженные электроды, погруженные в растворы электролитов, отталкивают коионы заряда и притягивают к своей поверхности противоионы. На границе между электродом и электролитом образуются два слоя противоположной полярности . В 1853 году он показал, что двойной электрический слой (ДС) по существу является молекулярным диэлектриком и накапливает заряд электростатически. [2]Ниже напряжения разложения электролита накопленный заряд линейно зависит от приложенного напряжения.
Эта ранняя модель предсказывала постоянную дифференциальную емкость , не зависящую от плотности заряда, в зависимости от диэлектрической проницаемости растворителя электролита и толщины двойного слоя. [3] [4] [5]
Эта модель с хорошей основой для описания интерфейса не учитывает важные факторы, включая диффузию/смешение ионов в растворе, возможность адсорбции на поверхности и взаимодействие между дипольными моментами растворителя и электродом.
_NT-int.svg)
