3. Ориентированная адсорбция поверхностно-активных веществ

Двойной электрический слой может возникнуть также в результате адсорбции поверхностно-активных веществ.

Рис. 4.7. Адсорбция ПАВ

В этом случае дифильные молекулы ПАВ будут ориентироваться на поверхности определенным образом и образовывать адсорбционный двойной электрический слой. Примером может служить адсорбция поверхностно-активного аниона стеарата натрия на поверхности латекса.

Также двойной электрический слой может образовываться за счет адсорбции дипольных молекул растворителя на поверхности твердых частиц, за счет приложенной внешней разности потенциалов. Как правило, разные механизмы образования ДЭС могут реализовываться одновременно.

Движущей силой возникновения ДЭС является стремление системы уменьшить свою избыточную поверхностную энергию. В случае возникновения ДЭС происходит уменьшение поверхностного натяжения (поверхностной энергии) на границе раздела фаз из-за электростатического расталкивания одноименно заряженных ионов на поверхности.

4.2. Теории строения двойного электрического слоя

4.2.1. Экспериментальные факты, послужившие основой для создания теорий строения дэс

1. Существует электрический (термодинамический) потенциал поверхности относительно жидкой дисперсионной среды (), зависящий от концентрации потенциалопределяющих ионов по уравнению Нернста:

. (4.1)

2. Существует электрокинетический потенциал (дзета-потенциал) ζ потенциал, возникающий на границе скольжения при относительном перемещении фаз в электрическом поле.

3. Обнаружено, что по абсолютной величине электрический потенциал поверхности всегда больше электрокинетического потенциала: φ₀ > 0, ζ > 0; φ₀ < 0, ζ < 0.

4. Оказалось, что φ₀ и ζ могут иметь разные знаки, например, φ₀ > 0, ζ < 0.

5. Электролиты могут по-разному влиять на величину и знак заряда φ₀ и ζ.

Для всех теорий двойного электрического слоя общими являются следующие положения:

• двойной электрический слой (ДЭС) состоит из потенциалопределяющих ионов (ПОИ), прочно связанных с дисперсной фазой, и эквивалентного количества противоионов (ПИ), расположенных в дисперсионной среде;

• поверхностный заряд, обусловленный наличием на твердой нейтральной поверхности потенциалопределяющих ионов, равномерно распределен по всей поверхности дисперсной фазы;

• между противоионами двойного электрического слоя и ионами того же знака раствора существует динамическое равновесие;

• дисперсионная среда влияет на строение двойного электрического слоя через величину диэлектрической проницаемости.

Целью всех теорий являлось получение зависимости между поверхностным зарядом и потенциалом на границе раздела фаз.

4.2.2. Теория строения дэс Гельмгольца – Перрена

В теории Гельмгольца – Перрена (1879 г.) двойной электрический слой рассматривается как плоский конденсатор, внутренняя обкладка которого состоит из потенциалопределяющих ионов, непосредственно связанных с поверхностью твердой фазы, а внешняя обкладка, состоящая из противоионов, расположена в жидкости параллельно поверхности на расстоянии межмолекулярного порядка от нее.

Рис. 4.8. Модель строения ДЭС Гельмгольца – Перрена

Потенциал () уменьшаетсялинейно с расстоянием от поверхности в соответствии с теорией плоского конденсатора. Подобное строение ДЭС вполне возможно при отсутствии теплового движения ионов. Теория Гельмгольца – Перрена не объясняла электрокинетических явлений и оказалась применима лишь для очень концентрированных растворов. Основным недостатком теории было то, что она учитывала только электростатическое взаимодействие ионов с поверхностью и полностью игнорировала их тепловое движение.