Электролиттердің адсорбциясы (иондық адсорбция)
Ерітіндідегі иондар электролиттік зарядтарды тасымалдайды, сондықтан иондық адсорбция кезінде беттік қабатта зарядтар қайта таралып, электрлік өріс пайда болады.
Мысалы көлемдік сұйық фазадан катиондар қатты бетке ауысады, нәтижесінде бет – оң, ал сұйық қабат теріс зварядталып, беттік қабатта қос электрлік қабат (ҚЭҚ) түзіледі. Иондардың адсорбциясы ҚЭҚ-тың түзілуіне байланысты, сондықтан ҚЭҚ-тың түзілуі мен қасиеттерін қарастырайық.
Беттегі ҚЭҚ пайда болуы иондардың бір фазадан екінші фазаға ауысуына, яғни шекаралық фазалардағы компоненттің химиялық потенциалдарының айырымына байланысты. Иондар химиялық потенциалы μ үлкен фазадан химиялық потенциалы аз фазаға ауысады. Нәтижесінде фазаларды бөлу шекарасында потенциалдар айырымы жойылып, иондардың ауысуы тоқтайды.
Химиялық потенциалдар қатынасына байланысты иондар ерітіндіден бетке немесе беттен ерітіндіге ауысады. Нәтижесінде бетте қарсы зарядталған иондармен теңесетін артық заряд пайда болып, ҚЭҚ түзіледі. Яғни ҚЭҚ екі жолмен түзілуі мүмкін.
Беттік диссоциация. Бұл механизм, мысалы, судағы силикат бөлшектеріне тән. SiO2 сумен әрекеттескенде кремний қышқылы түзіліп, иондарға ыдырайды (диссоциацияланады): H2SiO3 ↔ 2H+ + SiO32-. Протондар суға ауысады, SiO32- аниондары қатты бөлшектердің бетінде қалып, оларға теріс заряд береді, яғни SiO2 беті теріс зарядталады (40-сурет).
Иондық адсорбция. Мұндай процесс, мысалы AgI коллоидтық ерітіндісінде (золінде) жүреді. Бұл золді ион алмасу реакциясы бойынша, реагенттің біреуін артық мөлшерде алып, AgNO3 және KI сулы ерітінділерін араластыру арқылы алуға болады. KI артық мөлшерінде AgI кристалдарының бетінде I- аниондары адсорбцияланады (Фаянс ережесі бойынша), себебі олар AgI кристалдарының құрамына кіреді. Нәтижесінде қатты бөлшектер теріс зарядталады. Егер золь AgNO3 артық мөлшерінде алынса, қатты бетте Ag+ иондары адсорбцияланып, қатты бет оң зарядталады (41-сурет).
Теріс зарядталған AgI золін мысал ретінде алып, ҚЭҚ құрылымын қарастырайық.
AgI кристал бетінде I- аниондары адсорбцияланып, бөлшек бетінің зарядын анықтайды (мысалда – теріс). Мұндай иондар потенциал анықтағыш иондар деп аталады. Олар қатты бетке жақын орналасатын ҚЭҚ-тың бірінші қабатын түзеді (42-сурет).
Беттік заряд тығыздығы ( , Кл/м2) аудан бірлігіндегі потенциал анықтағыш иондардың санымен ni = Γi.NA (Гі - иондардың меншікті адсорбциясы, моль/м2) және валенттілігімен z анықталады:
,
мұндағы е –электронның заряды; F = 96485 Кл/моль – Фарадей саны.
Потенциал анықтағыш иондар (I-) қатты бөлшектің құрамына кіріп, оның беттік қабатын түзеді (І). Кулондық әрекеттесу арқылы олар электролит ерітіндісінен (KI) өздеріне қарай басқа таңбалы иондарды - К+ катиондарын тартады. Бұл иондарды қарсы иондар деп атайды. Олар сұйық дисперсиялық ортада орналасып, ҚЭҚ иондарының екінші қабатын түзеді.
Қарсы иондардың бір бөлігі потенциал анықтағыш иондар қабатынан өздерінің диаметріне (d) сәйкес қашықтықта орналасады. Бұл иондар ІІ жақын (тығыз) қабатын құрайды. Қарсы иондардың басқа бөлігі x > d үлкен қашықтықта орналасады. Қарсы иондардың таралуын екі қарама-қарсы бәсекелестік үрдіс анықтайды:
потенциал анықтағыш иондарға электрстатистикалық тартылуы;
қарсы иондардың концентрациясы үлкен бөліктен ерітіндіге қарай диффузиясы, ерітіндідегі қарсы иондардың концентрациясы электролит концентрациясына тең . Қа-шықтықтың артуымен катиондардың потенциал анықтағыш иондарға тартылуы әлсірейді, қарсы иондардың концентрациясы x = d болғандағы максимал мәнінен -ге дейін азаяды; ҚЭҚ-тың бұл бөлігін диффузиялық деп атайды.
ҚЭҚ-тың диффузиялық бөлігінде қарсы иондармен қатар заряды потенциал анықтағыш иондармен аттас коиондар бар (мысалда NO-3 иондары). Потенциал анықтағыш иондар қабатымен тебісу нәтижесінде (С-) коиондардың концентрация-сы бетке қарағанда ерітіндіде (Со-) артық болады.
Яғни ҚЭҚ-тың диффузиялық қабатындағы иондардың таралуы фазаларды бөлу шекарасындағы адсорбциялық және десорбциялық үрдістердің динамикалық тепе-теңдігіне сәйкес келеді.
ҚЭҚ-тың құрамы мен құрылымы бойынша сұйық фазадан (КІ ерітіндісінен) өзгеше болады. БАЗ-дардың адсорбциялық қабаты сияқты ҚЭҚ реттілігі жоғары құрылымға жатады, себебі потенциал анықтағыш және қарсы иондар ІІ беттік қабатта белгілі ретпен орналасады. Мұндай өздігінен реттелу қабілеті биологиялық құрылымдардың түзілуі мен қызметін атқаруында маңызы зор.
Достарыңызбен бөлісу: |
