Физико-химические основы синтеза и применения тонкослойных неорганических сорбентов. Николай Дмитриевич Бетенеков
энергии. Стремление гетерогенной системы к уменьшению поверхностной энергии вызывает определенное ориентирование полярных молекул, ионов и электронов в поверхностном слое, вследствие чего соприкасающиеся фазы приобретают заряды противоположного знака, но равной величины. В результате на поверхности возникает двойной электрический слой, обусловливающий различные электроповерхностные явления.
Различают три возможных механизма образования двойного электрического слоя (ДЭС).
ДЭС образуется в результате поверхностной ионизации – перехода ионов или электронов из одной фазы в другую.
1. ДЭС образуется в результате поверхностной ионизации – перехода ионов или электронов из одной фазы в другую.
ДЭС образуется, например, на межфазной поверхности между водой и малорастворимым AgI. При растворении AgI в воду преимущественно переходят катионы Ag+, т.к. они сильнее гидратируются, чем I- . В результате поверхность иодида серебра будет иметь некоторый избыток отрицательных ионов иода (потенциалопределяющих ионов), который нейтрализует избыток положительных ионов серебра в прилегающем водном слое (противоионы). Если же в воду добавить хорошо растворимый нитрат серебра, увеличивается электрохимический потенциал ионов серебра. Вследствие этого с поверхности AgI в воду будут переходить преимущественно I- и поверхность зарядится положительно (на поверхности образуется избыток Ag+, которые будут играть роль потенциалопределяющих ионов), а I- будет выступать в качестве противоионов.
Преимущественный переход тех или иных ионов с поверхности вещества в раствор количественно можно характеризовать изоэлектрической точкой (ИЭТ), т.е. отрицательным логарифмом концентрации потенциалопределяющего иона, при которой суммарный электрический заряд на поверхности равен 0 (в отсутствии посторонних ионов):
ИЭТ+ = -lgC+ или ИЭТ- = -lgC- , (1.32)
где C+ и C- – концентрации потенциалопределяющих ионов в растворе, находящемся в равновесии с малорастворимым электролитом, когда число + и – зарядов на поверхности одинаково. ИЭТ связана с произведением растворимости:
(1.33)
где ν+ и ν- – стехиометрические коэффициенты ионов. Тогда
Например, электрический заряд поверхности в водном растворе равен 0 при [I-] = 10-10, 6 М, ПРAgI ≈ 10 –16, тогда [Ag+] = 10-16/10-10, 6 = 10-5, 4 М, или
ИЭТAg+ = 5, 4, ИЭТI- = 10, 6. Чтобы поверхность зарядилась положительно, необходимо чтобы [Ag+] > 10-5, 4, а [I-] < 10-10, 6 моль/л.
Если потенциалопределяющими являются ионы Н+ и ОН-, то изоэлектрическая точка определяется значением рН, при котором электрический заряд поверхности равен 0 в отсутствии посторонних ионов ([H+] = [OH-]) рНИЭТ зависит от кислотно-основных свойств вещества. Сродство к протону можно представить следующими константами диссоциации:
(1.34)
Для