Fenomene electrocapilare

Dacă suprafața electrolitului este încărcată, atunci tensiunea superficială de pe suprafața sa depinde nu numai de compoziția chimică a fazelor învecinate, ci și de proprietățile lor electrice. Aceste proprietăți sunt densitatea sarcinii de suprafață și diferența de potențial la interfață.

Dependența (e) a tensiunii superficiale de diferența de potențial pentru acest fenomen este descrisă printr-o curbă electrocapilară. Iar fenomenele de suprafață în care se observă această dependență se numesc fenomene electrocapilare.

Lăsați potențialul electrodului să se schimbe într-un fel la interfața electrod-electrolit. În acest caz, pe suprafața metalului există ioni care formează o sarcină de suprafață și provoacă prezența unui strat dublu electric, deși aici nu există EMF externă deloc.

Ionii încărcați similar se resping reciproc pe suprafața interfeței, compensând astfel forțele contractile ale moleculelor lichide. Ca urmare, tensiunea superficială devine mai mică decât în ​​absența unui potențial în exces pe electrod.

Dacă electrodului i se aplică o sarcină de semn opus, tensiunea superficială va crește deoarece forțele de respingere reciprocă a ionilor vor scădea.

În cazul compensării absolute a forțelor de atracție de către forțele electrostatice ale ionilor de respingere, tensiunea superficială atinge un maxim. Dacă continuăm să furnizăm sarcina, atunci tensiunea superficială va scădea pe măsură ce va apărea și crește o nouă sarcină de suprafață.

În unele cazuri, importanța fenomenelor electrocapilare este foarte mare. Ele fac posibilă modificarea tensiunii superficiale a lichidelor și solidelor, precum și influențarea proceselor coloidal-chimice precum aderența, umezirea și dispersia.

Să ne îndreptăm din nou atenția asupra laturii calitative a acestei dependențe. Din punct de vedere termodinamic, tensiunea superficială este definită ca lucrul procesului izoterm de formare a unei suprafețe unitare.

Când există sarcini electrice cu același nume pe o suprafață, acestea se vor respinge electrostatic reciproc. Forțele de repulsie electrostatică vor fi direcționate tangențial la suprafață, încercând oricum să-i mărească aria. Ca urmare, munca de întindere a suprafeței încărcate va fi mai mică decât munca care ar fi necesară pentru a întinde o suprafață similară, dar neutră din punct de vedere electric.

Ca exemplu, să luăm curba electrocapilară pentru mercur în soluții apoase de electroliți la temperatura camerei.

În punctul de tensiune superficială maximă sarcina este zero. Suprafața de mercur este neutră din punct de vedere electric în aceste condiții.Astfel, potențialul la care tensiunea superficială a electrodului este maximă este potențialul de încărcare zero (ZCP).

Mărimea potențialului de sarcină zero este legată de natura electrolitului lichid și de compoziția chimică a soluției. Partea stângă a curbei electrocapilare, unde potențialul de suprafață este mai mic decât potențialul de sarcină zero, se numește ramură anodică. Partea dreaptă este ramura catodului.

Trebuie remarcat faptul că modificări foarte mici ale potențialului (de ordinul a 0,1 V) pot produce modificări vizibile ale tensiunii superficiale (de ordinul a 10 mJ pe metru pătrat).

Dependența tensiunii superficiale de potențial este descrisă de ecuația Lippmann:

Fenomenele electrocapilare își găsesc aplicație practică în aplicarea diferitelor acoperiri pe metale - fac posibilă reglarea umezirii metalelor solide cu lichide. Ecuația Lippmann permite calcularea sarcinii de suprafață și a capacității stratului dublu electric.

Cu ajutorul fenomenelor electrocapilare se determină activitatea de suprafață a agenților tensioactivi, deoarece ionii lor au o adsorbție specifică. În metalele topite (zinc, aluminiu, cadmiu, galiu) se determină capacitatea lor de adsorbție.

Teoria electrocapilară explică maximele în polarografie. Dependența umectabilității, durității și coeficientului de frecare al electrodului de potențialul său se referă și la fenomene electrocapilare.