• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Podwójna warstwa elektryczna

    Przeczytaj także...
    Dysocjacja elektrolityczna – proces rozpadu cząsteczek związków chemicznych na jony pod wpływem rozpuszczalnika, np.Otto Stern (ur. 17 lutego 1888 w Żorach (wówczas Sohrau), zm. 17 sierpnia 1969 w Berkeley) – niemiecki fizyk, laureat Nagrody Nobla.
    Peter Debye, właściwie Petrus Josephus Wilhelmus Debije (potem zmienił na Peter Joseph William Debye), (ur. 24 marca 1884 w Maastricht, Holandia, zm. 2 listopada 1966 w Ithaca, Nowy Jork, USA) – holenderski chemik zajmujący się chemią fizyczną, laureat nagrody Nobla w 1936 w dziedzinie chemii.
    Schematyczne przedstawienie podwójnej warstwy elektrycznej

    Podwójna warstwa elektryczna – w fizykochemii koloidów i elektrochemii, to określenie modelu struktury pojawiającej się na granicy dwóch faz.

    Podwójna warstwa elektryczna ma fundamentalne znaczenie w opisie złożonych i powszechnie spotykanych struktur materii. Jest powodem stabilności wielu układów koloidalnych, na przykład mleka.

    Warstwa podwójna – struktura w plazmie złożona z dwóch równoległych warstw o przeciwnych ładunkach. Arkusze ładunku wytwarzają silne pole elektryczne i odpowiednio gwałtowne zmiany w woltażu. Jony wpadające w warstwę podwójną są przyspieszane, spowalniane lub odbijane przez pole elektryczne. Ogólnie, warstwy podwójne (które bywają raczej zakrzywione niż płaskie) oddzielają obszary plazmy o nieco odmiennej charakterystyce. Warstwy podwójne można znaleźć w wielu rodzajach plazmy, od tub wyładowaniowych przez plazmę kosmiczną do prądów Birkelanda zasilających Ziemską zorzę polarną, oraz są szczególnie widoczne w plazmie przenoszącej prąd. W porównaniu z tworzącą je plazmą, warstwa podwójna jest raczej cienka (z reguły dziesięć długości Debye’a), w zakresie od paru milimetrów w przypadku plazmy laboratoryjnej, do tysięcy kilometrów w plazmie kosmicznej.Zjawiska elektrokinetyczne ogólnie opisują zjawiska, w których istnieje możliwość ścięcia ruchomej części podwójnej warstwy elektrycznej z naładowanej powierzchni cząsteczki, którą może być ciało stałe, ciecz lub pęcherzyk gazu w wymiarach skali nano lub mikro. Jeśli pole elektryczne jest przyłożone stycznie wzdłuż naładowanej powierzchni, wtedy siła jest wywierana na obie części podwójnej warstwy elektrycznej. Naładowana powierzchnia (plus związany z nią materiał) ma tendencję do ruchu we właściwym kierunku, podczas gdy jony w ruchliwej części podwójnej warstwy elektrycznej wykazują saldo migracji w przeciwnym kierunku, niosąc wraz z nimi rozpuszczalnik, powodując jego przepływ. Odwrotnie, pole elektryczne jest wytworzone, gdy naładowana powierzchnia i część dyfuzyjna podwójnej warstwy elektrycznej poruszają się względem siebie. Siłą wywołującą ruch cząsteczek lub cieczy może być pole elektryczne, gradient stężeń, grawitacja czy gradient ciśnienia Wyróżniane są cztery główne zjawiska elektrokinetyczne:

    Historia[]

    Pierwszy model podwójnej warstwy elektrycznej przedstawił Hermann von Helmholtz (1879). Fizyczna podstawa tego modelu to warstwa jonów zaadsorbowanych na powierzchni. Matematyczny opis polegał na porównaniu tej warstwy do kondensatora. Główni autorzy późniejszego ulepszenia tego modelu to Louis Georges Gouy (1910), David Leonard Chapman (1913) i Otto Stern (1924). Peter Debye i Erich Hückel (1923) są głównymi autorami związanego formalizmu matematycznego.

    Rząd wielkości - szacunkowe określenie liczby przybliżające jej wartość częścią całkowitą jej logarytmu dziesiętnego. Zazwyczaj służy do porównywania wielkości, które charakteryzują się wielkoskalową zmiennością, np. w technice czy fizyce.Dipol (z gr. dipolos - dwa bieguny) to układ dwóch różnoimiennych ładunków lub biegunów magnetycznych. Układ można scharakteryzować przez wektor zwany momentem dipolowym. Dipol wytwarza charakterystyczne pole zwane polem dipolowym.

    Struktura[]

    Podwójna warstwa elektryczna na powierzchni fazy stałej

    Na powierzchni ciała zanurzonego w elektrolicie jest zaadsorbowana warstwa jonów. Ta warstwa przylega ściśle do powierzchni i tworzy tak zwany ładunek powierzchniowy. Dalej od powierzchni jest warstwa dyfuzyjna („rozmyta”) jonów o ładunku przeciwnym do ładunku powierzchniowego. Całkowita algebraiczna suma ładunku elektrycznego jest zerowa. Nierównomierne rozmieszczenie ładunku powoduje różnicę potencjału elektrycznego na granicy międzyfazowej.

    Nanometr (symbol: nm) – podwielokrotność metra, podstawowej jednostki długości w układzie SI. Jest to jedna miliardowa metra czyli jedna milionowa milimetra. Jeden nanometr równa się zatem 10 m. W notacji naukowej można go zapisać jako 1 E-9 m oznaczający 0,000 000 001 × 1 m. Rzadko stosowana jest również stara nazwa milimikron.Elektrochemia – dział chemii fizycznej, zajmujący się badaniem elektrycznych aspektów reakcji chemicznych, a także w mniejszym stopniu własnościami elektrycznymi związków chemicznych.

    Warstwa podwójna może być także utworzona przez orientacje dipoli na powierzchni, albo poprzez dysocjację powierzchniowych grup funkcyjnych.

    Ciało zanurzone w elektrolicie może być ciałem stałym, kroplą cieczy lub pęcherzykiem gazu.

    Typowo warstwa podwójna ma grubość rzędu nanometrów i zależy od siły jonowej elektrolitu. Miarą tej grubości jest długość Debye’a.

    Zobacz też[]

  • Warstwa podwójna (plazma)
  • Otoczka Debye’a (plazma)
  • Zjawisko elektrokinetyczne
  • Przypisy

    1. Gouy, G. Comt.Rend. 149, 654 (1909), J.Phys. 4, 9, 457 (1910)
    2. Chapman, D.L. Phil.Mag., 6, 25, 475 (1913)
    3. Stern, O. Z.Electrochem, 30, 508 (1924)
    Adsorpcja – proces wiązania się cząsteczek, atomów lub jonów na powierzchni lub granicy faz fizycznych, powodujący lokalne zmiany stężenia. Adsorpcji nie należy mylić z absorpcją, która jest procesem wnikania do wnętrza fazy. Adsorpcję, absorpcję i wymianę jonową przyjęło się wspólnie nazywać procesami sorpcji.Kondensator – jest to element elektryczny (elektroniczny), zbudowany z dwóch przewodników (okładek) rozdzielonych dielektrykiem.



    w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)

    Warto wiedzieć że... beta

    W plazmie oraz elektrolicie, długość Debye’a (zwana też czasami promieniem Debye’a) jest typową odległością, jaką potrzebuje plazma do pełnego ekranowania naładowanej elektrycznie powierzchni. Sfera Debye’a to obszar o promieniu równym długości Debye’a, wewnątrz którego rozciąga się strefa wpływu, a na zewnątrz którego strefa ekranowania elektrycznego. Nazwa pochodzi od nazwiska Petera Debye, holenderskiego chemika.
    Siła jonowa, I − miara występujących w roztworze oddziaływań międzyjonowych, określająca wpływ wszystkich obecnych w roztworze jonów na ich zachowanie oraz oddziaływanie z polem elektrycznym. Dla prostych elektrolitów 1:1 zawierających tylko jony jednowartościowe, np. HCl, NaOH czy NaCl siła jonowa jest równa ich stężeniu molowemu, natomiast siła jonowa dla elektrolitu typu 2:2, np. MgSO4 jest już czterokrotnie większa niż jego stężenie.
    Otoczka Debye’a (zwana też otoczką elektrostatyczną) – jest warstwą w plazmie, posiadającą nadmiar jonów dodatnich, a co za tym idzie, nadmiar ładunku dodatniego, który równoważy ujemny ładunek powierzchni, do której przylega. Długość otoczki wynosi szereg długości Debye’a, która z kolei zależy od szeregu właściwości plazmy (gęstość, temperatura etc.).
    Louis Georges Gouy (1854-1926) - francuski fizyk. Prowadził badania głównie w dziedzinie optyki. Jako pierwszy badacz zaobserwował dyfrakcję światła pod dużymi kątami, utrwalając w ten sposób pogląd na falową naturę światła. Był profesorem uniwersytetu w Lyonie.
    Faza termodynamiczna – jednolita część układu fizycznego, oddzielona od innych powierzchniami międzyfazowymi, zwanymi granicami faz, na których zachodzi skokowa zmiana własności fizycznych lub chemicznych. Najprostszym przykładem zawsze odrębnych faz są jednorodne ciała będące w różnych stanach skupienia (np. woda i lód, woda i para wodna). I tak:
    Układ koloidalny (koloid, układ koloidowy, roztwór koloidalny) – niejednorodna mieszanina, zwykle dwufazowa, tworząca układ dwóch substancji, w którym jedna z substancji jest rozproszona w drugiej. Rozdrobnienie (czyli dyspersja) substancji rozproszonej jest tak duże, że fizycznie mieszanina sprawia wrażenie substancji jednorodnej, jednak nie jest to wymieszanie na poziomie pojedynczych cząsteczek.
    Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz (ur. 31 sierpnia 1821 w Poczdamie, zm. 8 września 1894 w Charlottenburgu) – niemiecki lekarz, fizjolog, fizyk i filozof. Sformułował zasadę zachowania energii. Zajmował się mechaniką, akustyką, termodynamiką (patrz energia swobodna Helmholtza), światłem, elektrycznością i magnetyzmem, konstruował pierwsze zwierciadło oczne, rezonator Helmholtza, próbował wyjaśnić mechanizm produkcji energii w gwiazdach.

    Reklama