Двойной электрический слой на границе электрод - электролит. Электрокапиллярные явления. Нулевые точки металлов, страница 6

притянутых к поверхности ртути со стороны раствора. При опре­деленном значении потенциала ε=εq=0 положительные заряды всех ионов ртути будут скомпенсированы электронами и заряд поверхности ртути сделается равным нулю; одновременно (если в растворе нет поверхностно-активных частиц) заряд раствора также станет равным нулю (рис. 33, в). Отталкивательные силы, связан­ные с присутствием на поверхности ртути одноименно заряженных частиц, исчезнут вместе с нейтрализацией последних, и поверхност­ное натяжение достигнет некоторого значения σm. При дальнейшем смещении потенциала ртути в отрицательную сторону до величины ε3 на ее поверхности появятся избыточные электроны, к которым со стороны раствора будут притягиваться положительно заряжен­ные ионы. В этом случае снова возникнут отталкивательные силы между одноименно заряженными, но теперь уже отрицательными частицами, и поверхностное натяжение упадет до некоторой вели­чины σ3. По мере увеличения отрицательного значения потенциала избыточный отрицательный заряд ртути будет увеличиваться, а поверхностное натяжение уменьшаться. Восходящая ветвь элек­трокапиллярной кривой относится, таким образом, к положительно заряженной поверхности ртути. Величина положительного заряда при этом по мере смещения потенциала в отрицательную сторону постепенно уменьшается, а поверхностное натяжение соответствен­но растет. В точке максимума электрокапиллярной кривой заряд поверхности ртути равен нулю, в то время как поверхностное натяжение достигает наибольшего значения.

Нисходящая ветвь электрокапиллярной кривой отвечает отрицательно заряженной поверхности ртути. По мере удаления от точки максимума абсо­лютная величина заряда растет, поверхностное же натяжение уменьшается. Таким образом, представление об изменении заряда ртути с потенциалом ртутного электрода позволяет качественно объяснить ход электрокапиллярной кривой в растворах, не содер­жащих поверхностно-активных частиц.

Если исходить из предположения о том, что адсорбция ионов на ртути определяется исключительно электростатическими силами, то все анионы должны были бы изменять ход лишь восходящей ветви электрокапиллярной кривой, где поверхность ртути заря­жена положительно. Напротив, влияние катионов должно было локализоваться только на нисходящей ветви, где они электроста­тически притягиваются к отрицательно заряженной поверхности ртути. В действительности, как это было найдено еще Гуи, многие анионы изменяют ход электрокапиллярной кривой справа от точки максимума, а некоторые катионы влияют не только на нисходя­щую, но и на восходящую ветви электрокапиллярной кривой. Такое поведение ионов нельзя отнести за счет действия только кулоновских сил. Оно связано с силами взаимодействия, отличными от про­стых электростатических сил. Такими силами, специфическими для данного рода частиц, могут быть, например, силы Ван-дер-Ваальса или химические (валентные). Благодаря этим силам ионы в состоянии удерживаться на одноименно заряженной поверхности ртути и влиять на электрокапиллярные свойства границы металл — раствор. Точно так же нельзя на основе одних только электроста­тических представлений объяснить влияние неионизированных органических веществ на ход электрокапиллярных кривых. Дело в том, что большинство органических веществ обладает меньшей диэлектрической постоянной, чем вода, и поэтому должны были бы изгоняться ею из двойного слоя уже при незначительных заря­дах подобно тому, как диэлектрик с меньшей диэлектрической постоянной вытесняется из заряженного электрического конденса­тора диэлектриком с большей диэлектрической постоянной. В этом случае эффект органических веществ должен был бы проявляться только в очень узкой области потенциалов, непосредственно примы­кающих к максимуму электрокапиллярной кривой. В действитель­ности, изменение формы электрокапиллярной кривой под действием органических веществ наблюдается даже при потенциалах, уда­ленных на 0,5—0,8 в в обе стороны от потенциала максимума электрокапиллярной кривой, т. е. здесь должны проявляться какие-то специфические силы. Термин «специфически адсорбирую­щиеся частицы», введенный ранее, отражает, таким образом, то обстоятельство, что поведение подобных частиц на границе ртуть — раствор не может быть обусловлено только силами электростати­ческого происхождения.

§ 2. Основытеорииэлектрокапиллярныхявлений