Возникновение электрического заряда
СИСТЕМ. ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
на поверхности раздела фаз
Экспериментально установлено, что поверхностное натяжение s зависит от электрического потенциала поверхности дисперсной фазы j и максимальное значение s наблюдается, когда поверхность не имеет заряда. Увеличение j по абсолютному значению вызывает снижение s.
В дисперсных системах самопроизвольно идут процессы, приводящие к снижению нескомпенсированной поверхностной энергии Gпов .
Поскольку
Gпов = sS,
при неизменной площади раздела фаз s снижение s приводит к уменьшению Gпов. Следовательно, появление электрического заряда на поверхности, сопровождающееся уменьшением поверхностного натяжения, – процесс самопроизвольный.
Механизмы возникновения электрического заряда
на поверхности дисперсной фазы
1. Избирательная адсорбция ионов, находящихся в растворе, на поверхности раздела фаз. Действует правило Фаянса: на поверхности твердой частицы избирательно адсорбируются ионы, которые способны достроить ее кристаллическую решетку (входят в состав кристаллической решетки).
2. Диссоциация поверхностных молекул твердой частицы (один из ионов переходит в раствор).
Пример, выщелачивание стекла (вымывание кальция):
.
В результате стекло с течением времени приобретает отрицательный заряд. По этой причине все породы (земля, песок, глина) несут отрицательный заряд.
3. Пространственное разделение положительных и отрицательных зарядов в поверхностном слое при контакте двух жидкостей с разной полярностью. Например, вода (полярная жидкость) контактирует с неполярным бензолом. Происходит определенная ориентация полярных молекул в поверхностном слое, которые на поверхности образуют слой ориентированных диполей: жидкость с большей диэлектрической проницаемостью (вода) заряжается положительно, а жидкость с меньшей диэлектрической проницаемостью (бензол) – отрицательно.
Ионы, создающие заряд на поверхности, называют потенциалопределяющими ионами.
Вблизи поверхности раздела фаз концентрируются ионы противоположного знака – противоионы.
Возникает двойной электрический слой ДЭС, состоящий из потенциалопределяющих ионов и эквивалентного количества противоионов, полностью компенсирующих заряд поверхности.