Elektrokapillære fænomener

Hvis overfladen af ​​elektrolytten er opladet, afhænger overfladespændingen på dens overflade ikke kun af den kemiske sammensætning af de tilstødende faser, men også af deres elektriske egenskaber. Disse egenskaber er overfladeladningstætheden og potentialforskellen ved grænsefladen.

Afhængigheden (e) af overfladespændingen af ​​potentialforskellen for dette fænomen er beskrevet af en elektrokapillær kurve. Og selve overfladefænomenerne, hvor denne afhængighed observeres, kaldes elektrokapillære fænomener.

Lad elektrodepotentialet ændre sig på en eller anden måde ved elektrode-elektrolyt-grænsefladen. I dette tilfælde er der ioner på metaloverfladen, der danner en overfladeladning og forårsager tilstedeværelsen af ​​et elektrisk dobbeltlag, selvom der overhovedet ikke er nogen ekstern EMF her.

Ens ladede ioner frastøder hinanden på tværs af overfladen af ​​grænsefladen og kompenserer således for væskemolekylernes kontraktile kræfter. Som et resultat bliver overfladespændingen lavere end i fravær af et overskydende potentiale på elektroden.

Hvis en ladning med det modsatte fortegn påføres elektroden, vil overfladespændingen stige, fordi kræfterne ved gensidig frastødning af ioner vil falde.

I tilfælde af absolut kompensation af tiltrækningskræfterne med de elektrostatiske kræfter fra de frastødende ioner, når overfladespændingen et maksimum. Hvis vi fortsætter med at levere ladningen, så vil overfladespændingen falde i takt med at ny overfladeladning vil opstå og vokse.

I nogle tilfælde er betydningen af ​​elektrokapillære fænomener meget stor. De gør det muligt at ændre overfladespændingen af ​​væsker og faste stoffer, samt at påvirke kolloid-kemiske processer såsom adhæsion, befugtning og dispersion.

Lad os igen vende vores opmærksomhed mod den kvalitative side af denne afhængighed. Termodynamisk defineres overfladespænding som arbejdet i den isotermiske proces med at danne en enhedsoverflade.

Når der er elektriske ladninger af samme navn på en overflade, vil de elektrostatisk frastøde hinanden. Kræfterne af elektrostatisk frastødning vil blive rettet tangentielt til overfladen, forsøger at øge dens areal alligevel. Som et resultat vil arbejdet med at strække den ladede overflade være mindre end det arbejde, der ville være nødvendigt for at strække en lignende, men elektrisk neutral overflade.

Lad os som eksempel tage den elektrokapillære kurve for kviksølv i vandige opløsninger af elektrolytter ved stuetemperatur.

Ved punktet med maksimal overfladespænding er ladningen nul. Kviksølvoverfladen er elektrisk neutral under disse forhold.Således er det potentiale, ved hvilket elektrodeoverfladespændingen er maksimal, nulladningspotentialet (ZCP).

Størrelsen af ​​potentialet for nulladning er relateret til arten af ​​den flydende elektrolyt og opløsningens kemiske sammensætning. Den venstre side af den elektrokapillære kurve, hvor overfladepotentialet er mindre end potentialet for nulladning, kaldes den anodiske gren. Den højre side er katodegrenen.

Det skal bemærkes, at meget små ændringer i potentialet (i størrelsesordenen 0,1 V) kan frembringe mærkbare ændringer i overfladespændingen (i størrelsesordenen 10 mJ pr. kvadratmeter).

Overfladespændingens afhængighed af potentialet er beskrevet af Lippmann-ligningen:

Elektrokapillære fænomener finder praktisk anvendelse ved påføring af forskellige belægninger på metaller - de gør det muligt at regulere befugtningen af ​​faste metaller med væsker. Lippmann-ligningen tillader beregning af overfladeladningen og kapacitansen af ​​det elektriske dobbeltlag.

Ved hjælp af elektrokapillære fænomener bestemmes overfladeaktiviteten af ​​overfladeaktive stoffer, da deres ioner har en specifik adsorption. I smeltede metaller (zink, aluminium, cadmium, gallium) bestemmes deres adsorptionskapacitet.

Den elektrokapillære teori forklarer maksima i polarografi. Afhængigheden af ​​elektrodens befugtningsevne, hårdhed og friktionskoefficient af dens potentiale refererer også til elektrokapillære fænomener.