Двойной электрический слой на границе электрод - электролит. Электрокапиллярные явления. Нулевые точки металлов

Лекция 9

ДВОЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЛОЙ НА ГРАНИЦЕ ЭЛЕКТРОД — ЭЛЕКТРОЛИТ

В предыдущих разделах был выяснен физический смысл элек­тродного потенциала, показана его связь со скачками потенциала на границах раздела фаз, рассмотрены условия возникновения скачка потенциала на границе электрод — электролит (основной составной части электродного потенциала) и разобрана зависимость его величины от состава раствора. При обсуждении механизма возникновения скачка потенциала на границе электрод — электро­лит было отмечено, что главной .причиной его появления является обмен, ионами между металлом электрода и раствором. Этот процесс протекает вначале (т.е. в момент создания контакта между металлом  и раствором) в неэквивалентных количествах, что приводит к появлению зарядов разного знака по обе стороны границы раз­дела фаз и к появлению двойного электрического слоя. Однако ни структура последнего, ни распределение зарядов по обе стороны межфазной границы там не рассматривались. Строение двойного электрического слоя не имеет принципиального значения для вели­чины равновесного электродного потенциала, который определяется изменением свободной энергии соответствующей электрохимической реакции. В то же время строение двойного электрического слоя играет важную роль в кинетике электродных процессов, включая и кинетику обмена ионами в равновесных условиях, определяя интенсивность этого обмена (величину тока обмена I°). Теория строения двойного электрического слоя служит поэтому как бы переходным звеном между электродным равновесием и электрод­ной кинетикой.

Для формирования современных представлений о строении двой­ного электрического слоя большое' значение имели результаты, полученные при изучении электрокинетических и электрокапил­лярных явлений.

ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕИЭЛЕКТРОКАПИЛЛЯРНЫЕЯВЛЕНИЯ

     Электрокинетические явления отражают связь, существующую между относительным движением двух фаз (чаще всего жидкой и твердой) и электрическими свойствами границы их раздела. Электрокинетические явления возникают в тех случаях, когда одна фаза диспергирована в другой, т. е. когда система может быть охарактеризована как микрогетерогенная. Различают четыре груп­пы электрокинетических явлений: электроосмос, электрофорез, потенциал течения и потенциал осаждения (табл. 38).

Таблица 38.

Классификация электрокинетических явлений.

Явление	Сущность явления и его особенности	Причина явления
Электроосмос	Движение жидкости относительно твёрдого тела (капилляр, система капилляров или пористое тело)	Приложенное извне электрическое напряжение
Электрофорез	Движение частиц твёрдого тела, диспергированных в жидкости	Приложенное извне электрическое напряжение
Потенциал течения	Появление разности потенциалов между точками, расположенными в различных участках по направлению течения жидкости	Перемещение жидкости относительно твёрдого тела (капилляр, система капилляров или пористое тело)
Потенциал седиментации (осаждения)	Появление разности потенциалов между точками, находящимися на различных высотах столба жидкости, в которой взвешены диспергированные твёрдые частицы	Оседание твёрдых частиц,  взвешенных в жидкости (перемещение твёрдых частиц относительно жидкой фазы)

Честь открытия электрокинетических явлений принадлежит Φ. Φ. Рейсу, который в 1809 г. в записках Московского общества естествоиспытателей описал первые опыты по электроосмосу и элек­трофорезу. Два других эффекта (являющихся обращением электро­осмоса и электрофореза) были открыты Квинке (1859) и Дорном (1878).

Электрокинетические явления, особенно электроосмос и элек­трофорез, используются при обезвоживании и очистке различных материалов, нанесении на непроводящие материалы покрытий из каучука, отходов кожи и т. п., а также при пропитке тканей огнестойкими веществами, определении состава и разделении энзи­мов, белков, вирусов и других сложных систем и т. д.

Само существование электрокинетических явлений указывает на то, что в месте контакта твердого тела и жидкости имеется двой­ной электрический слой, причем и твердое тело, и жидкость обла­дают определенными зарядами. Движение взвешенных твердых частиц внутри жидкости, наблюдаемое при наложении электриче­ского поля (явление электрофореза), может совершаться лишь в том случае, если твердые частицы, распределенные в жидкости, обладают зарядом. Точно так же электроосмотическое перемещение жидкости былo бы невозможным при отсутствии у нее заряда, на который влияет электрическое поле. Разность потенциалов между точками на различных высотах трубы, в которой происходит про­цесс осаждения взвешенных в жидкости твердых частиц, не могла бы возникать, если бы падающие твердые частицы не несли с собой электрического заряда. Наконец, нельзя объяснить появления потенциала течения, не предположив, что жидкость обладает неко­торым зарядом.