химический каталог




Курс коллоидной химии

Автор С.С.Воюцкий

p>Таким образом, теория Гуи — Чэпмена хорошо объясняет падение ^-потенциала при увеличении концентрации противоиона и возрастании его валентности.

При^мддых фо несоответственно при значениях Fzq>0f{2RT) «С 1 можно воспользоваться приближением еа = 1 +а и е~а = 1 —а, что дает еа — е~а = 2а. Тогда вместо уравнения (VII, 13) получим приближенное уравнение:

где

* = V —щг— - V М

Интегрируя уравнение (VII, 14) и учитывая, что при_*_r=JLSLrrJEb.. получаем:

^р = фое-кх (VII, 15)

Уравнение (VII, 15) показывает, что потенциал уменьшается в е = 2,72 раз на расстояний порядка 1/х*.

Уравнение (VII, 13) позволяет установить соотношение между плотностью поверхностного заряда о* на межфазной границе и потенциалом поверхности фо-Из условия электронейтральности двойного электрического слоя следует, что поверхностный заряд по абсолютному значению равен общему объемному заряду в растворе, т. е.

00

о=- J pdx (VII, 16>

о

С помощью уравнения Пуассона (VII, 8) это уравнение можно проинтегрировать следующим образом:

оо+S

О

Заменяя dq>/dx найденным для этой производной значением из уравнения (VII, 13), получаем:

• - ЛЛтё8- h (w) - (- Ш о™. »>

Пользуясь упрощением, аналогичным тому, которое было применено при выводе формулы (VII, 14), из уравнения (VII, 18) в случае малых значений фо и; Fzye/%RT можно получить следующее приближенное выражение:

V

eRTCoa Fzq>0 е / HnF2z2cCX) ex im

где

8ne2z2NACeRT V EkT

В этом случае заряд и потенциал на границе раздела пропорциональны друг другу и двойной электрический слой ведет себя как плоский конденсатор, расстояние между пластинами которого равно 1/х « б. То, что расстояние между обкладками конденсатора, эквивалентное двойному слою, равно примерно 1/х, оправдывает обычный способ выражения: «толщина двойного электрического слоя равна 1/х».

Важным свойством двойного электрического слоя, которое легко охарактеризовать количественно, является его дифференциальная и интегральная емкость:

дс}ду0 и с/фо (VII, 20)

Для небольших потенциалов дифференциальная и интегральная емкости равны одной и той же величине С, которую можно вычислить по уравнению:

С = а/ф0 = ех/{4д) (VII, 21)

* Здесь следует заметить, что величину 1/х, получившую в теории сильных электролитов название радиуса ионной атмосферы (или дебаевского радиуса),, нельзя понимать геометрически, как радиус сферы, за которой действие поля рассматриваемого иона становится равным нулю. Физическая величина радиуса ионной атмосферы, строго говоря, неограничена. Однако потенциал поля убывает с удалением от рассматриваемого иона экспоненциально и иа расстоянии, много большем 1/х, влиянием этого потенциала можно пренебречь.

Для более высоких потенциалов емкость двойного электрического слоя становится больЩе этой величины.

При комнатной температуре и z = 1 значение к равно приблизительно 3-Ю7 л[с~ (где с — концентрация электролита, моль/л) Отсюда в 1 и водном растворе электролита с одновалентными катионом и анионом вычисленная емкость двойного электрического слои равна 3-107-80/4 = 200 мкФ/сма Емкости, определенные экспериментально, равны всего одной десятой этого значения

Несостоятельность теории Гуи — Чэпмена может быть показана и другим путем Если раствор электролита не очень разбавлен (например, 0,1 н) и потенциал у стенки высок (например, 200 мВ), то для того, чтобы теоретическое и экспериментально найденное значения емкости совпадали, концентрация про-тивоиона около стенки должна быть равна 300 и , что совершенно невозможно^ Причина расхождения экспериментально и теоретически найденных значений емкости двойного электрического слоя заключается в том, что теория Гун — Ччпмена не принимает во внимание размера ионов, рассматривая их как точечные заряды, которые могут сколь угодно близко подойти к стенке, что и обусловливает более высокие значения расчетных величин

Другой недостаток теории Гуи — Чэпмена заключается в том, что она не объясняет так называемого явлення^гереза^ядки— перемены знака электрокинетического потенциала при введении в систему электролита с многовалентным ионом, заряд которого противоположен по знаку заряду дисперсной фазы.

Далее теория Гуи—Чэпмена не объясняет различного действия разных по природе противоионов одной и той же валентности на двойной электрический слой. Согласно этой теории введение эквивалентного количества разных противоионов одинаковой валентности должно сжимать двойной электрический слой и понижать ^-потенциал в одинаковой степени. Однако опыт показывает, что это не так. Эффективность действия ионов одной и той же валентности на двойной электрический слой возрастает с увеличением радиуса иона.

Наконец, теория Гуи — Чэпмена, относительно хорошо прило-жимая в случае достаточно разбавленных коллоидных растворов, оказывается Неприемлемой для более концентрированных.

Все эти затруднения в значительной мере преодолены в тео^ рии строения двойного электрического слоя, предложенной Штерном

Теория Штерна. В 1924 г. Штерн предложил схему строения двойного электрического слоя, в которой он объединил схемы Гельмгольца — Перрена и Гуи — Чэпмена. Разрабатывая теорию двойного электрического слоя, Штерн исходил из двух предпосылок. Во-первых, он принял, что ионы имеют конечные* вполне определенные размеры и, следовательно, центры ионов не могут находиться к поверхности твердой фазы ближе, чем на расстоянии ионного радиуса. Во-вторых, Штерн учел специфическое, не электрическое взаимодействие ионов с поверхностью твердой фазы. Это взаимодействие обусловлено наличием на некотором малом расстоянии от поверхности поля молекулярных (адсорбционных) сил. Как будет показано при обсуждении причин устойчивости и коагуляции коллоидных систем, молекулярные силы, действующие между телами, состоящими из множества молекул, вследствие своей аддитивности являются относительно дальнодействующими.

W

Однако в отличие от электрических сил их действие быстро уменьшается с расстоянием, и поэтому их действие в данном случае следует учитывать только у самой поверхности твердого тела на расстоянии порядка нескольких ангстрем.

Согласно Штерну, первый слой или даже несколько первых слоев противоионов притягиваются к стенке под влиянием как электростатических, так и адсорбционных сил. В результате этого часть противоионов удерживается поверхностью на очень близком расстоянии, порядка 1—2 молекул, образуя плоский конденсатор толщиной б, предусмотренный теорией Гельмгольца — Перрена. Этот слой, в котором, естественно, наблюдается резкое падение электрического потенциала, одни авторы называют гельмгольцевским, другие — штерновским, третьи — адсорбционным слоем. Остальные противоионы, нужные для компенсации потенциалопре- ? деляющих ионов, в результате тепло- ^ вого разбрасывания образуют диффузную часть двойного слоя, в которой они распределены согласно тем же законам, что и в диффузном слое Гуи — Чэпмена. Эту часть двойного слоя, в которой потенциал падает относительно постепенно, иногда называют с

страница 61
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189

Скачать книгу "Курс коллоидной химии" (4.52Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
купить раскладушку с матрасом
красноярск лайтбокс цена
стул металлический цена
о, дивный новый мир! билеты

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(17.08.2017)