Elektrokapillære fenomener
Hvis overflaten av elektrolytten er ladet, avhenger overflatespenningen på overflaten ikke bare av den kjemiske sammensetningen av nabofasene, men også av deres elektriske egenskaper. Disse egenskapene er overflateladningstettheten og potensialforskjellen ved grensesnittet.
Avhengigheten (e) av overflatespenningen av potensialforskjellen for dette fenomenet er beskrevet av en elektrokapillær kurve. Og selve overflatefenomenene der denne avhengigheten observeres kalles elektrokapillære fenomener.
La elektrodepotensialet endre seg på en eller annen måte ved elektrode-elektrolyttgrensesnittet. I dette tilfellet er det ioner på metalloverflaten som danner en overflateladning og forårsaker tilstedeværelsen av et elektrisk dobbeltlag, selv om det ikke er noen ekstern EMF her i det hele tatt.
Likt ladede ioner frastøter hverandre over overflaten av grensesnittet, og kompenserer dermed for de kontraktile kreftene til væskemolekylene. Som et resultat blir overflatespenningen lavere enn i fravær av et overskuddspotensial på elektroden.
Hvis en ladning med motsatt fortegn påføres elektroden, vil overflatespenningen øke fordi kreftene til gjensidig frastøting av ioner vil avta.
Ved absolutt kompensasjon av tiltrekningskreftene med de elektrostatiske kreftene til de frastøtende ionene, når overflatespenningen et maksimum. Hvis vi fortsetter å tilføre ladningen, vil overflatespenningen avta ettersom ny overflateladning vil oppstå og vokse.
I noen tilfeller er betydningen av elektrokapillære fenomener svært stor. De gjør det mulig å endre overflatespenningen til væsker og faste stoffer, samt å påvirke kolloidal-kjemiske prosesser som adhesjon, fukting og dispersjon.
La oss igjen rette oppmerksomheten mot den kvalitative siden av denne avhengigheten. Termodynamisk er overflatespenning definert som arbeidet med den isotermiske prosessen med å danne en enhetsoverflate.
Når det er elektriske ladninger med samme navn på en overflate, vil de elektrostatisk frastøte hverandre. Kraftene til elektrostatisk frastøtning vil bli rettet tangentielt til overflaten, og prøver å øke arealet uansett. Som et resultat vil arbeidet med å strekke den ladede overflaten være mindre enn arbeidet som vil kreves for å strekke en lignende, men elektrisk nøytral overflate.
Som et eksempel, la oss ta den elektrokapillære kurven for kvikksølv i vandige løsninger av elektrolytter ved romtemperatur.
Ved punktet med maksimal overflatespenning er ladningen null. Kvikksølvoverflaten er elektrisk nøytral under disse forholdene.Dermed er potensialet ved hvilket elektrodeoverflatespenningen er maksimal nullladningspotensialet (ZCP).
Størrelsen på potensialet til null ladning er relatert til naturen til den flytende elektrolytten og den kjemiske sammensetningen av løsningen. Den venstre siden av den elektrokapillære kurven, hvor overflatepotensialet er mindre enn potensialet til nullladning, kalles den anodiske grenen. Høyre side er katodegrenen.
Det skal bemerkes at svært små endringer i potensial (i størrelsesorden 0,1 V) kan gi merkbare endringer i overflatespenning (i størrelsesorden 10 mJ per kvadratmeter).
Avhengigheten av overflatespenningen av potensialet er beskrevet av Lippmann-ligningen:
Elektrokapillære fenomener finner praktisk anvendelse ved påføring av forskjellige belegg på metaller - de gjør det mulig å regulere fukting av faste metaller med væsker. Lippmann-ligningen tillater beregning av overflateladningen og kapasitansen til det elektriske dobbeltlaget.
Ved hjelp av elektrokapillære fenomener bestemmes overflateaktiviteten til overflateaktive stoffer, siden deres ioner har en spesifikk adsorpsjon. I smeltede metaller (sink, aluminium, kadmium, gallium) bestemmes deres adsorpsjonskapasitet.
Den elektrokapillære teorien forklarer maksima i polarografi. Avhengigheten av fuktbarheten, hardheten og friksjonskoeffisienten til elektroden på potensialet refererer også til elektrokapillære fenomener.