Електрокапилярни явления

Ако повърхността на електролита е заредена, тогава повърхностното напрежение на нейната повърхност зависи не само от химичния състав на съседните фази, но и от техните електрически свойства. Тези свойства са повърхностната плътност на заряда и потенциалната разлика в интерфейса.

Зависимостта (д) на повърхностното напрежение от потенциалната разлика за това явление се описва с електрокапилярна крива. А самите повърхностни явления, при които се наблюдава тази зависимост, се наричат ​​електрокапилярни явления.

Оставете потенциала на електрода да се промени по някакъв начин на интерфейса електрод-електролит. В този случай на металната повърхност има йони, които образуват повърхностен заряд и причиняват наличието на двоен електрически слой, въпреки че тук няма напълно външна ЕМП.

Подобни заредени йони се отблъскват един от друг по повърхността на границата на взаимодействие, като по този начин компенсират свиващите сили на течните молекули. В резултат на това повърхностното напрежение става по -ниско, отколкото при липса на излишен потенциал върху електрода.

Ако към електрода се приложи заряд от противоположния знак, повърхностното напрежение ще се увеличи, тъй като силите на взаимно отблъскване на йони ще намалят.

В случай на абсолютна компенсация на дърпащите сили от електростатичните сили на отблъскващите йони, повърхностното напрежение достига максимум. Ако продължим да подаваме заряда, тогава повърхностното напрежение ще намалее, тъй като ще възникне и ще расте нов повърхностен заряд.

В някои случаи значението на електрокапилярните явления е много голямо. Те дават възможност за промяна на повърхностното напрежение на течности и твърди вещества, както и за въздействие върху колоидно-химични процеси като адхезия, омокряне и дисперсия.

Нека отново насочим вниманието си към качествената страна на тази зависимост. Термодинамично повърхностното напрежение се определя като работа на изотермичния процес на формиране на единична повърхност.

Когато върху дадена повърхност има едноименни електрически заряди, те електростатично ще се отблъскват един друг. Силите на електростатично отблъскване ще бъдат насочени тангенциално към повърхността, опитвайки се така или иначе да увеличат нейната площ. В резултат на това работата за разтягане на заредената повърхност ще бъде по -малка от работата, която би била необходима за разтягане на подобна повърхност, но електрически неутрална.

Като пример, нека вземем електрокапилярната крива за живак във водни разтвори на електролити при стайна температура.

В точката на максимално повърхностно напрежение зарядът е нулев. Повърхността на живака е електрически неутрална при тези условия. По този начин потенциалът, при който повърхностното напрежение на електрода е максимално, е потенциалът на нулев заряд (ZCP).

Величината на потенциала на нулев заряд е свързана с естеството на течния електролит и химичния състав на разтвора. Лявата страна на електрокапилярната крива, където повърхностният потенциал е по -малък от потенциала на нулев заряд, се нарича аноден клон. Дясната страна е катодният клон.

Трябва да се отбележи, че много малки промени в потенциала (от порядъка на 0,1 V) могат да доведат до забележими промени в повърхностното напрежение (от порядъка на 10 mJ на квадратен метър).

Зависимостта на повърхностното напрежение от потенциала се описва с уравнението на Липман:

Електрокапилярните явления намират практическо приложение при прилагането на различни покрития върху метали — те дават възможност за регулиране на намокрянето на твърди метали с течни. Уравнението на Липман позволява изчисляване на повърхностния заряд и капацитета на електрическия двоен слой.

С помощта на електрокапилярни явления се определя повърхностната активност на ПАВ, тъй като техните йони имат специфична адсорбция. В разтопените метали (цинк, алуминий, кадмий, галий) се определя тяхната адсорбционна способност.

Електрокапилярната теория обяснява максимумите в полярографията. Зависимостта на омокряемостта, твърдостта и коефициента на триене на електрода от неговия потенциал се отнася и до електрокапилярни явления.