Dublu strat electric

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În electrochimie , dublu strat electric (în engleză electric double-layer) constă dintr-o structură care își are originea la „ interfață solid - lichid , în corespondența căruia se stabilește un transfer de sarcină electrică însoțit de desfășurarea redox -urilor cu jumătate de reacție .

Într-o celulă electrochimică , faza solidă este reprezentată de electrod în timp ce faza lichidă este reprezentată de electrolit (în special de o soluție electrolitică sau de o sare topită). Deoarece într-o celulă electrochimică există doi electrozi ( catodul și anodul ), vor exista două straturi duble electrice, fiecare având legătură cu un electrod.

Modele de strat dublu electric

Modelul Helmholtz

Structura stratului dublu electric conform modelului Helmholtz într-o celulă electrochimică (sunt indicate ambele straturi duble electrice în raport cu cele două semicelule).
1. Generator
2. Cleme
3. Electrozi
4. Suprafețele electrodului
5. Electrolit
6. Sept poros (sau pod salin ).

Stratul dublu electric a fost ipotezat pentru prima dată de Hermann von Helmholtz în 1879 , care l-a descris ca având o structură asemănătoare unui condensator , ale cărui plăci (una încărcată pozitiv și una încărcată negativ) corespundeau suprafeței electrodului și stratului de ioni adsorbit la suprafata. [1]

Modelul Gouy-Chapman

Louis Georges Gouy și David Chapman au emis ipoteza că scăderea potențialului electric în stratul bistrat a avut o tendință exponențială. [2]

Comparativ cu modelul anterior Helmholtz, conform acestui model, stratul dublu electric are o extensie mai mare, deci vorbim de un strat dublu difuz sau strat Gouy .

Modelul Stern

Structura stratului dublu electric conform modelului Stern.

Otto Stern a dezvoltat un model al stratului dublu electric care poate fi asimilat cu două straturi: [3]

  • bistratul compact (sau stratul Helmholtz sau stratul Stern ), [4] în corespondență cu care apare cea mai mare cădere de potențial electric ;
  • bistratul difuz (sau stratul Gouy-Chapman ), [5] în corespondență cu care există o scădere a potențialului electric mai mică.

Modelul Grahame

Structura stratului dublu electric conform modelului Grahame:
1. Stratul interior Helmoltz
2. Stratul extern Helmoltz
3. Film difuziv
4. Ionii solvați
5. Ioni adsorbiți
6. Molecule de solvent.

Modelul stratului dublu electric al lui Grahame (sau modelul stratului triplu al lui Grahame ) [6] este mai complex și mai relevant pentru rezultatele experimentale, constând din următoarele elemente (indicate în ordine, procedând de la electrod spre electrolit ):

  • suprafața electrodului;
  • stratul interior al Helmholtz (sau IHP, din planul englez Inner Helmholtz ): corespunde planului în care sunt prezenți într-un mod specific centrele ionilor adsorbiți pe suprafața electrodului; [7]
  • planul de reacție, care separă stratul interior Helmholtz de stratul exterior Helmholtz;
  • stratul exterior al Helmholtz (sau OHP, din planul englez Outer Helmholtz ): corespunde planului în care centrele ionilor adsorbiți la suprafața electrodului sunt prezenți într-un mod nespecific și în poziția de apropiere cea mai apropiată; [8]
  • strat dublu difuz sau strat Gouy-Chapman .

Setul stratului interior Helmholtz și al stratului exterior Helmholtz corespunde stratului Helmholtz sau stratului Stern , deja anticipat în modelul Stern.

Transferul de încărcare are loc ca urmare a interacțiunii dintre suprafața solidului și ionii prezenți în lichid; în special:

  • catod: ionii sunt transportate de cea mai mare parte electrolit la planul de reacție, în care participă la o reducere de jumătate de reacție care consumă electroni, transportate de cea mai mare parte din metal la interfața electrod, apoi atinge planul tunelului de reacție;
  • latură anodică : ionii sunt transportați din grosul electrolitului în planul de reacție, unde participă la o reacție de semi-oxidare care produce electroni, care sunt transportați prin efectul tunelului de la planul de reacție la interfața metalică, apoi sunt transportați până la cea mai mare parte a electrodului.

Deoarece electronul poate manifesta efectul tunelului la o distanță maximă de aproximativ 10 Å , aceasta este grosimea maximă pe care o poate avea stratul dublu compact (adică distanța dintre suprafața electrodului și planul de reacție). [ fără sursă ]

Coloizi

Să luăm în considerare un sol format din iodură de argint (AgI) în apă: în teorie ionii Ag + și I - care alcătuiesc solidul, ca urmare a interacțiunilor electrostatice prezente în soluția apoasă , ar trebui să se ciocnească continuu formând agregate din ce în ce mai mari apoi se precipită prin formarea AgI insolubil. În realitate, acești coloizi sunt foarte stabili chiar și de ani de zile. Evident, există un factor electrostatic care guvernează această stabilitate.

Efectuând electroforeza unei astfel de soluții, se observă că toate particulele solului migrează total către un singur electrod ; prin urmare, există o sarcină unică adsorbită la suprafață. De fapt, termodinamica a demonstrat existența așa - numitului strat dublu electric : AgI absoarbe excesul de ion prezent pe suprafața sa dând, respectiv, agregatul [AgI] I - sau [AgI] Ag + înconjurat de contracțiile respective prezente în soluție și care neutralizează sarcina totală. [9] Schematic, pot exista specii precum [AgI] I - | K + și [AgI] Ag + | Eu - .

Un astfel de strat dublu electric dă naștere unui potențial numit potențial zeta sau potențial electrocinetic , simbolizat prin . Acest potențial poate fi derivat din ecuația lui Henry:

unde este este mobilitatea electroforetică, este constanta dielectrică , potențialul zeta, funcția lui Henry e vâscozitatea solventului.

Cu cât este mai mare valoarea potențialului zeta, cu atât este mai mare stabilitatea sistemului. Stratul dublu electric format acționează evitând stabilirea de interacțiuni ionice care ar duce la formarea unui precipitat, distrugând sistemul coloidal. Este evident că adăugarea de electroliți provoacă un dezechilibru al sarcinilor care vor altera echilibrul electrostatic provocând floculare (formarea de agregate solide „fulgi”) sau gelificație (sediment gelatinos). Valoarea floculării unui sol indică cantitatea minimă de electrolit necesară pentru a provoca flocularea.

Spre deosebire de un electrolit, adăugarea unui coloid liofil (de exemplu, gelatină ) poate îmbunătăți foarte mult stabilitatea, deoarece tinde să formeze un voal în jurul particulelor dispersate, împiedicându-le să se agregeze.

Notă

  1. ^ Paunovic , pp. 42-43 .
  2. ^ Paunovic , pp. 43-47 .
  3. ^ Paunovic , pp. 47-48 .
  4. ^ IUPAC Gold Book , strat Stern .
  5. ^ IUPAC Gold Book , strat difuz în electrochimie .
  6. ^ Paunovic , pp. 48-50 .
  7. ^ Cartea de aur IUPAC , avionul Helmholtz interior .
  8. ^ Cartea de aur IUPAC , avionul Helmholtz exterior .
  9. ^ S. Pasquetto, L. Patrone, Chimie fizică, volumul 2 , Milano, Masson SpA, 1990, p.262, ISBN 88-214-0491-9 .

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

Controlul autorității LCCN (EN) sh85041659 · GND (DE) 4151754-4 · BNF (FR) cb12316297c (data)