Sobiesław Torliński 13.04.2002

Ćwiczenie 4

KRZYWA ELEKTROKAPILARNA RTĘCI

1. Wstęp teoretyczny:

Na granicy zetknięcia się dwóch faz powstaje różnica potencjałów wywołana istnieniem tzw. podwójnej warstwy elektrycznej. W przypadku granicy faz jądro cząstki koloidu hydrofobowego - roztwór, podwójna warstwa elektryczna powstaje przez adsorpcję jonów na powierzchni jądra cząstki koloidalnej; jony te siłami elektrostatycznymi wiążą jony znajdujące się w roztworze.

Samo pojęcie - podwójna warstwa elektryczna - jest pewnym analogiem płasko - równoległego kondensatora w elektrostatyce.

W 1879 roku Helmholtz przyjął, że podwójna warstwa elektryczna na granicy faz składa się z dwóch warstw o przeciwnych nabojach elektrycznych, znajdujących się od siebie w pewnej odległości. Załóżmy, że na płasko - równoległy kondensator o powierzchni płytek A = 1 cm ³, którego płytki są oddalone o d cm, przyłożyliśmy napięcie V, w wyniku czego kondensator naładował się do pewnej pojemności C. Jeżeli powierzchniową gęstość ładunku oznaczyć przez
, to (dla kondensatora znajdującego się w próżni) pojemność ta wynosi:

E oznacza tu natężenie pola elektrycznego [V/cm], związane z gęstością ładunku
za pomocą równania:

Zatem w próżni:

a ponieważ A = 1 cm ², stąd:

Po umieszczeniu kondensatora w ośrodku o przenikalności dielektrycznej
, jego pojemność wzrasta do wartości C':

zatem

Spadek potencjału w podwójnej warstwie elektrycznej, rozumianej jako płasko - równoległy kondensator, nazwał Helmholtz potencjałem elektrokinetycznym i oznaczył przez

Teorię podwójnej warstwy elektrycznej zmodyfikowali Gouy i Chapman, którzy oprócz adsorpcyjnej warstwy podwójnej Helmholtza, przyjęli jeszcze istnienie składowej dyfuzyjnej.

Obecnie przyjmuje się budowę warstwy podwójnej zaproponowaną przez Sterna, która zawierając podstawowe elementy teorii Helmholtza, Gouya i Chapmana, uwzględnia także zaobserwowany później wpływ elektrolitów na wartość potencjału.

Według Sterna, podwójna warstwa elektryczna składa się z dwóch części. Pierwsza, przylegająca do fazy stałej, zbudowana jest z warstwy zaadsorbowanych jonów (warstwa adsorpcyjna) i ma grubość rzędu rozmiarów jonów. Potencjał w tej części warstwy podwójnej spada do wartości potencjału elektrokinetycznego. Druga część podwójnej warstwy elektrycznej jest, dzięki ruchom cieplnym, rozmyta na pewną odległość w głąb roztworu. Z tego względu nosi ona nazwę warstwy dyfuzyjnej. Przebieg potencjału w tej części warstwy podwójnej jest bardziej rozmyty.

Napięcie międzyfazowe na granicy rtęć - roztwór elektrolitu obliczamy z zależności:

gdzie:

σ_w - napięcie międzyfazowe na granicy rtęć - woda; równe w temp. 293,15K 0,375 Jm ^{- 2}

t i t_w - średnie czasy 10 kropel rtęci odpowiednio w badanym roztworze i w wodzie

Gęstość ładunku na elektrodzie rtęciowej jest określona równaniem:

2. Literatura:

„Chemia fizyczna” - L. Sobczyk, A. Kisza, PWN W - wa, 1977

„Chemia fizyczna” - K. Pigoń, Z. Ruziewicz, PWN W - wa, 1980

3. Wykaz substancji chemicznych stosowanych w zadaniu:

1. rtęć metaliczna 7439 - 97 - 6

2. roztwór chlorku potasu

3. roztwór bromku potasu

4. roztwór jodku potasu

5. roztwór siarczanu sodu

Oświadczenie:

Oświadczam, że zapoznałem się z kartami charakterystyk wyżej wymienionych substancji i znane mi są właściwości tych substancji, sposoby bezpiecznego postępowania z nimi oraz zasady udzielania pierwszej pomocy w nagłych wypadkach.