Doble capa electrica

La versión actual de la página aún no ha sido revisada por colaboradores experimentados y puede diferir significativamente de la versión revisada el 24 de diciembre de 2021; las comprobaciones requieren 2 ediciones .

Doble capa eléctrica (interfacial) (DES): una capa de iones formada en la superficie de un sólido como resultado de la adsorción de iones de una solución, la disociación de un compuesto superficial o la orientación de moléculas polares en el límite de fase . Los iones directamente unidos a la superficie se denominan determinantes de potencial. La carga de esta capa se compensa con la carga de la segunda capa de iones, llamados contraiones.

Etapas de los procesos de electrodos.

Cualquier reacción que ocurre en el electrodo en una solución acuosa, es decir, el proceso del electrodo, incluye varias etapas sucesivas:

1) un ion de hidrógeno desde la profundidad de la solución se acerca al límite de la doble capa eléctrica y luego a través de la parte difusa de la doble capa eléctrica a la superficie del electrodo a una distancia del espesor de la doble capa eléctrica con una alta densidad de carga , donde puede ocurrir la transición de un electrón del electrodo al ion;

2) se descarga un ion de hidrógeno que se acerca a la superficie del electrodo (es decir, pasa un electrón del electrodo) y se forma un átomo de hidrógeno adsorbido en el electrodo;

3) el hidrógeno atómico adsorbido se elimina de la superficie del electrodo con la formación de hidrógeno molecular, y la eliminación del hidrógeno atómico de la superficie del electrodo se puede llevar a cabo de varias maneras.

Mecanismo de formación de DES

Una doble capa eléctrica se produce cuando dos fases entran en contacto, al menos una de las cuales es líquida . El deseo del sistema de reducir la energía superficial conduce al hecho de que las partículas en la interfase están orientadas de una manera especial. Como resultado, las fases en contacto adquieren cargas de signo opuesto, pero de igual magnitud, lo que conduce a la formación de una doble capa eléctrica. Hay tres mecanismos para la formación de DES:

1. La transición de iones o electrones de una fase a otra (ionización superficial). Un ejemplo es la disociación de grupos funcionales superficiales pertenecientes a una de las fases (normalmente sólida ). Para determinar el signo de la carga superficial se utiliza la regla de Fayenza-Panet
2. Adsorción preferencial en la capa interfacial de iones del mismo signo.
3. Orientación de moléculas polares en la capa superficial. Según este mecanismo, DEL se forma si las sustancias que componen las fases del sistema no pueden intercambiar cargas. Para determinar el signo de la carga superficial se utiliza la regla de Köhn, que establece que de las dos fases en contacto, la que tiene una constante dieléctrica grande tiene carga positiva .

La estructura de la planta de energía diesel

En ausencia de movimiento térmico de partículas, la estructura de la doble capa eléctrica sería similar a la estructura de un capacitor plano . Pero a diferencia del caso ideal, DES en condiciones reales tiene una estructura difusa (borrosa). Según la teoría moderna, la estructura DEL consta de dos capas:

• Capa de Helmholtz [1] o capa de adsorción adyacente directamente a la interfase. Esta capa tiene un espesor igual al radio de los iones determinantes de potencial en estado no solvatado .
• Una capa difusa o de Gouy que contiene iones con cargas opuestas. La capa difusa tiene un espesor que depende de las propiedades del sistema y puede alcanzar valores elevados. El espesor de la capa difusa se calcula mediante la fórmula [2]

donde  es un parámetro que caracteriza la tasa de disminución de la carga espacial con la distancia;  es la constante dieléctrica de vacío ;  es la permitividad relativa del medio;  es la constante universal de los gases ;  es la temperatura absoluta ;  - constante de Faraday ;  es la fuerza iónica de la solución según la teoría de Debye-Hückel .

La característica eléctrica del DES es el potencial Hay varios potenciales característicos:

• Potencial de capa difusa correspondiente al borde de adsorción y capas difusas. Dentro de la capa difusa, el potencial se puede calcular usando la ecuación [3] [4] :

• El potencial es menor que e veces y caracteriza el espesor de la capa difusa.
• Potencial electrocinético o potencial zeta. Este potencial corresponde al plano de deslizamiento y es parte del potencial de la capa difusa. El plano de deslizamiento se forma como resultado del hecho de que cuando las partículas dispersas se mueven, la parte más remota de la capa difusa no participa en el movimiento, sino que permanece inmóvil. Por lo tanto, aparece la carga superficial no compensada de la partícula y se hacen posibles los fenómenos electrocinéticos . El potencial zeta es una de las características más importantes de la doble capa eléctrica.

Notas

1. ↑ Helmholtz, H. (1853), Ueber einige Gesetze der Vertheilung elektrischer Ströme in körperlichen Leitern mit Anwendung auf die thierisch-elektrischen Versuche , Annalen der Physik und Chemie T. 165 (6): 211–233, doi : 10.1002/andp. 18531650603 , < https://zenodo.org/record/1423630 > Archivado el 10 de junio de 2021 en Wayback Machine . 
2. ↑ Frolov Yu. G.  Curso de química coloidal (fenómenos de superficie y sistemas dispersos): libro de texto para universidades - M., "Química", 1982-400 p. enfermo.
3. ↑ Adam Marcus Namisnyk. Un estudio de la tecnología de supercondensadores electroquímicos . Consultado el 10 de diciembre de 2012. Archivado desde el original el 22 de diciembre de 2014. (indefinido)
4. ↑ Ehrenstein, Gerald Carga superficial . Fecha de acceso: 30 de mayo de 2011. Archivado desde el original el 28 de septiembre de 2011. (indefinido)

Véase también

• Longitud de Debye
• Electroósmosis

Enlaces

• www.xumuk.ru/encyklopedia/1173.html
• http://www.bsu.by/Cache/pdf/254773.pdf

Literatura

• Borgman II ,. Doble capa eléctrica // Diccionario enciclopédico de Brockhaus y Efron  : en 86 volúmenes (82 volúmenes y 4 adicionales). - San Petersburgo. , 1890-1907.