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.

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.