Строение двойного электрического слоя. 
Электрокинетический потенциал

В целом ДЭС электронейтрален. Его размеры и строение определяются свойствами системы (свойства твердой фазы, природа и концентрация присутствующих в растворе ионов).

44 Причины возникновения заряда на поверхности обсуждались в подпараграфе 4.3.1.

Согласно современным представлениям некоторое количество противоионов прочно связаны с твердой поверхностью (стенка сосуда, ядро коллоидной частицы) в результате действия как электростатических, так и адсорбционных сил и образуют так называемый плотный, или адсорбционный, слой противоионов (рис. 4.5). Толщина плотного слоя определяется размерами противоионов и составляет несколько молекулярных диаметров (около 1 нм).

Рис. 45. Строение двойного электрического слоя:

<�р,! — потенциал диффузного слоя; С. — электрокинетический потенциал Остальные противоионы находятся на большем расстоянии от поверхности, образуя диффузный слой, удерживаемый вблизи поверхности только электростатическим силами. В результате теплового движения противоионы диффузного слоя могут перемещаться вглубь жидкости, поэтому физическую границу диффузного слоя определить трудно, а за его эффективную толщину принимают расстояние, на котором потенциал поверхности ф снизился в е раз. Толщина диффузного слоя зависит от концентрации электролитов в растворе.

Строение ДЭС выражают при помощи формульной записи, например для Si0₂ при контакте с водой (см. рис. 4.3) имеем.

или для золя иодида серебра при избытке ионов Ag⁺ (см. рис. 4.4)

<< О формульной записи строения мицеллы лиофобного золя см. в параграфе 2.3.

Поверхностный потенциал частицы ф определяется свойствами поверхности (величиной стандартного электродного потенциала ф° и концентрацией электролита) и может быть рассчитан по уравнению Нерпста:

где R — универсальная газовая постоянная; Т — температура; F — постоянная Фарадея; п — величина заряда; а — активность иона электролита в растворе.

Падение потенциала поля в ДЭС согласно современным представлениям происходит резко (почти по прямой) в пределах адсорбционного и более плавно (по экспоненте) — в области диффузного слоя:

где Дф_д — падение потенциала в адсорбционном слое; Дер,/ — падение потенциала в диффузном слое (см. рис. 4.5).

При относительном перемещении фаз независимо от причин, его вызывающих, происходит разрыв ДЭС по плоскости скольжения. При этом противоионы адсорбционного слоя не покидают поверхности, а противоионы диффузного слоя движутся вместе с жидкой фазой. Потенциал, возникающий на плоскости скольжения при отрыве ионов диффузионного слоя от твердой фазы, называют электрокинетическим или ?-потенциалом («дзетапотенциал «).

Плоскость скольжения может быть несколько смещена от границы адсорбционного и диффузного слоев, что зависит от гидродинамических факторов: скорости относительного смещения фаз, вязкости среды, природы фаз и пр. Соответственно, от этих факторов зависит и значение^{-потенциала.} Поэтому^{-потенциал} близок (обычно несколько меньше) к значению потенциала диффузного слоя:? < ср^. Электрокинетический потенциал является важной характеристикой строения ДЭС, он определяет агрегативную устойчивость дисперсных систем (высоту потенциального барьера). Величина^{-потенциала} составляет от нескольких сотых до десятых вольта. В агрегативно-устойчивых золях^{-потенциал} равен 0,08—0,1 В.

• ??О высоте потенциального барьера в теории ДЛФО см. в параграфе 4.2.
• ?? Об агрегативной устойчивости см. в параграфе 4.1.

Отметим, что наличие^{-потенциала} проявляется в электрокинетических явлениях — явлениях, связанных с проявлением заряда поверхности при относительном смещении фаз. Электрокинетические явления лежат в основе методов измерения ^-потенциала.

?? Электрокинетические явления подробно описаны в гл. 5.

Важнейшими факторами, от которых зависит^{-потенциал,} являются термодинамический потенциал поверхности ф и толщина диффузного слоя. На величину^{-потенциала} оказывают влияние температура (при ее повышении усиливается десорбция потенциалопределяющих ионов, уменьшается ф, усиливается диффузия противоионов и ДЭС расширяется, что ведет к снижению ^-потенциала); pH раствора (ионы Н⁺ и ОН^- обладают высокой адсорбционной способностью); концентрация золя; диэлектрическая проницаемость; вязкость дисперсионной среды.

Наиболее сильное влияние на строение двойного электрического слоя и величину^{-потенциала} оказывает добавление электролитов.

?? Влияние электролитов на строение ДЭС рассмотрено в подпараграфе 4.3.3.

Резюме

ДЭС на границе раздела фаз состоит из слоя потенциалопределяющих ионов и слоя противоионов. Противоионы в свою очередь распределены между адсорбционным (плотным) и диффузным слоями. В целом ДЭС электронейтрален. Электрокинетический потенциал проявляется при относительном смещении фаз и разрыве ДЭС по плоскости скольжения.