双电层

电极与电解质溶液界面上存在的大小相等符号相反的电荷层。

  中文名称:双电层。英文名称:electric double layer

  应用学科:机械工程(一级学科);表面工程(二级学科);电镀与化学镀(二级学科) 以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片

  任何两个不同的物相接触都会在两相间产生电势,这是因电荷分离引起的。两相各有过剩的电荷,电量相等,正负号相反,相与吸引,形成双电层。

  在电极的金属-电解质的两相界面存在电势,同样将产生双电层(electrical double layer),其总厚度一般约为0.2-20纳米。电极的金属相为良导体,过剩电荷集中在表面;电解质的电阻较大,过剩电荷只部分紧贴相界面,称紧密双层(compact double layer);余下部分呈分散态,称分散双层(diffuse double layer;有误译为“扩散层”)。电极反应的核心步骤——迁越骤(即活化步骤)都需在紧密层中进行,影响电极反应的吸附过程也发生在双电层中,故双电层结构的研究对于电化学的理论和生产都有重要意义。

  胶核表面拥有一层离子,成为电位离子,电位离子层通过静电作用,把溶液中电荷相反的离子吸引到胶核周围,被吸引的离子称为反离子,它们的电荷总量与电位离子的相等而符号相反。这样,在胶核周围介质的相间界面区域就形成所谓双电层。

  扩散双电层理论

  溶胶粒子带电,这些电荷的主要来源是从水溶液中选择性地吸附某种离子:吸附正离子胶粒带正电,吸附负离子带负电,但整个溶液是电中性的,故还应有等量的反离子存在。固粒表面吸附的离子和溶液中的反离子构成双电层。

  反离子在溶液中受到两个方向相反的作用:

  1.固粒表面被吸附的离子的引力,力图将它们拉向界面;

  2.离子本身的热运动,使之离开界面而扩散到溶液中去,

  其结果使反离子在固粒表面外呈平衡分布:靠近界面处反离子浓度大些;随着与界面距离的增大,反离子由多到少,形成扩散分布。MN代表粒子的平表面,设它吸附负离子,则电量相等的正离子扩散分布,就好象大气层中气体分子按高度分布的状态。直到界面负电荷电力所不及处,过剩离子浓度等于零。带电表面及这些反离子,就构成扩散双电层。双电层的厚度随溶液中离子浓度和电荷数而不同。

  实验证明,溶胶粒子在电场下与溶液发生相对移动时,分界面不是在固液界面MN处,而是有一层液体牢固地附在固体表面,并随表面运动。按电泳算出的就是此滑动面上的电势,称电动电势或€-电势。

  €-电势除受决定电势的离子浓度影响外,还与溶液中其它电解质的浓度有关。当电解质浓度增加时,扩散层被压缩、变薄;同时某些具有特异性吸附能力的离子加入后,还可使€-电势符号改变。