Дисперстік жүйелердің электрлік қасиеттері. Қос электрлік қабаттың құрылысы Қос электрлік қабаттың пайда болу механизмі
Фазааралық бөлу бетінде қос электрлік қабат (ҚЭҚ) әрекеттесуші фазалардың беттік еркін энергияларын азайтуға ұмтылысының нәтижесінде пайда болады. Гетерогенді жүйенің еркін энергиясын азайтуға ұмтылысы нәтижесінде фазааралық бөлу қабатында полярлы молекулалар, иондар мен электрондар белгілі бір ретпен бағытталып орналасады да, соның нәтижесінде жанасқан фазалар қарама-қарсы зарядталады. Нәтижесінде қос электрлік қабат пайда болады. Жалпы ҚЭҚ үш түрлі жолмен түзілуі мүмкін.
1) Қос электрлік қабат иондардың немесе электрондардың бір фазадан екінші фазаға өтуінің нәтижесінде, яғни беттің иондануы нәтижесінде пайда болады. Мысалы, металл бетінен газды ортаға электрондардың өтуі нәтижесінде пластинка беті оң, ал газ теріс зарядталады. Металл пластинкасын суға батырғанда металл бетінен катиондар суға өтеді де, соның нәтижесінде металл беті теріс, ал су оң зарядталады. Демек жанасушы фазалар арасында потенциалдар айырымы пайда болады. Потенциалдар айырымы электрондардың (иондардың) беттен ары қарай бөлінуін тежейді де, жүйеде тепе-теңдік күй орнайды. Нәтижесінде, фазааралық шекарада қос электрлік қабат пайда болады.
Суда
нашар
еритін күміс иодидін
суға
салғанда жақсы гидратталатын күміс
иондары суға көшеді де,
беті теріс зарядталады,
ал оған
жанасушы
су қабаты оң
зарядталады.
Бетке заряд беретін иондарды потенциал анықтағыш иондар деп атайды. Дисперстік ортаға көшетін иондарды қарсы иондар деп атайды.
2) Қос
электрлік қабат бетке иондардың
адсорбциялануы нәтижесінде
де
пайда болуы
ықтимал. Көп жағдайда ерітіндідегі
электролиттің құрамындағы ион
бетке таңдамалы түрде
адсорбциялануы
мүмкін.
Бұл кезде адсорбция
Панет-Фаянс
ережесіне
байланысты
жүреді.
Мысалы,
металл пластинкасын натрий хлориді
(
)
ерітіндісіне батырғанда металл
бетіне
хлорид
аниондары адсорбцияланады да, соның
нәтижесінде бет
теріс
зарядталады ал
оған жанасушы суда
натрий катиондары қалып қояды
да
орта
оң
зарядталады.
Қос электрлік қабат, сонымен бірге қатты дене бетіне иондық беттік-активті заттардың адсорбциялануы нәтижесінде де пайда болады. Сонда полярлы жағымен суға қарап адсорбцияланган БАЗ молекулалары диссоциацияланады да, нәтижесінде бетте заряд пайда болады. Мысалы, судағы ерітіндісінен карбон қышқылының натрий тұзы молекулалары (R-СОО-Na) гидрофобты қатты дененің (көмірдің) бетіне адсорбцияланғанда дененің беті теріс, ал дисперстік орта оң зарядталады. Сонда БАЗ-тың R-СОО аниондары потенциал анықтағыш иондар болып, ал Na+ катиондары қарсы-иондар болып табылады.
3) Қос электрлік қабат неионогенді, полярлы молекулалардың дисперстік ортадан бетке адсорбциялануы нәтижесінде түзілуі мүмкін. Бұл кезде беттің заряд таңбасы Кен ережесі бойынша анықталады: жанасушы екі фазаның диэлектрлік өткізгіштігі жоғарысы оң зарядталады.
Мысалы, металл пластинканы полиэтиленгликольдің (ПЭГ) [-СH2-СН2-О-]n- судағы ерітіндісіне батырғанда ПЭГ молекулалары пластинка бетіне адсорбцияланып, бетте белгілі бір ретпен орналасуы нәтижесінде фазааралық бөлу бетінде ҚЭҚ пайда болады.
ҚЭҚ құрылысы туралы бірнеше теория бар, олардың ішінде маңыздылары мыналар: Гелъмгольц-Перрен, Гуи-Чэпмен және Штерн теориялары.
Гидрофобты мицелланың түзілу жолдары және құрылысы
1) Мицелла агрегаттың бетіне иондардың таңдамалы адсорбциялануы нәтижесінде түзіледі. Мысалы, күміс йодиді золін төмендегі реакция көмегімен алу барысында
;
+
→
реакциялық
ортада
артық мөлшерде болса, онда Панет-Фаянс
ережесіне сәйкес
агрегаттың бетіне күміс катиондары
таңдамалы
түрде адсорбцияланады да,
нәтижесінде
мицелланың құрылысы былай жазылады:
2) Беттегі молекулалардың диссоциациялануы нәтижесінде мицелланың түзілуі. Мысалы, кремний кышқылының золін алу барысында беттегі кремний қышқылы молекулаларының диссоциациялануы нәтижесінде теріс зарядталған силикат иондары түзіледі. Нәтижесінде бет теріс зарядталады да, түзілетін мицелланың құрылысы төмендегідей болады:
3) Беттегі функционалдық топтардың иондық реакцияға түсуі нәтижесінде мицелла түзілуі мүмкін. Мысал ретінде темір (III) гидроксиді Ғе(ОН)3 золініңтүзілуін қарастырайық:
Реакция барысында түзілген НС1 молекулалары Ғе(ОН)3 бетіндегі гидроксид топтарымен әрекеттеседі де, нәтижесінде бет зарядталады. Сонда реакцияға түскен гидроксид топтарының санына байланысты түзілетін мицеллалардың құрылыстары да әрқилы болады.
а) Егерде реакцияға бір қышқыл молекуласы қатысса, онда мицелланың құрылысы былай жазылады:
б) Реакцияға екі қышқыл молекуласы қатысқан жағдайда мицелланың құрылысы мынадай болады:
в) Реакцияға үш қышқыл молекуласы қатысқан жағдайда мицелланың құрылысы былай жазылады:
