Elektrokapilárne javy

Ak je povrch elektrolytu nabitý, potom povrchové napätie na jeho povrchu závisí nielen od chemického zloženia susedných fáz, ale aj od ich elektrických vlastností. Tieto vlastnosti sú hustota povrchového náboja a potenciálny rozdiel na rozhraní.

Závislosť (e) povrchového napätia na potenciálnom rozdiele pre tento jav je opísaná elektrokapilárnou krivkou. A práve povrchové javy, kde je táto závislosť pozorovaná, sa nazývajú elektrokapilárne javy.

Umožnite, aby sa potenciál elektródy nejakým spôsobom zmenil na rozhraní elektróda-elektrolyt. V tomto prípade sú na kovovom povrchu ióny, ktoré vytvárajú povrchový náboj a spôsobujú prítomnosť elektrickej dvojvrstvy, hoci tu vôbec nie je vonkajšie EMF.

Podobne nabité ióny sa navzájom odpudzujú cez povrch rozhrania, čím kompenzujú kontrakčné sily molekúl kvapaliny. Výsledkom je, že povrchové napätie je nižšie ako pri absencii nadmerného potenciálu na elektróde.

Ak sa na elektródu aplikuje náboj opačného znamienka, povrchové napätie sa zvýši, pretože sa znížia sily vzájomného odpudzovania iónov.

V prípade absolútnej kompenzácie príťažlivých síl elektrostatickými silami odpudivých iónov dosahuje povrchové napätie maximum. Ak budeme pokračovať v dodávaní náboja, potom sa povrchové napätie zníži, keď bude vznikať a rásť nový povrchový náboj.

V niektorých prípadoch je význam elektrokapilárnych javov veľmi veľký. Umožňujú meniť povrchové napätie kvapalín a tuhých látok, ako aj ovplyvňovať koloidno-chemické procesy ako sú adhézia, zmáčanie a disperzia.

Obráťme svoju pozornosť opäť na kvalitatívnu stránku tejto závislosti. Termodynamicky je povrchové napätie definované ako práca izotermického procesu vytvárania jednotkového povrchu.

Keď sú na povrchu elektrické náboje s rovnakým názvom, budú sa navzájom elektrostaticky odpudzovať. Sily elektrostatického odpudzovania budú smerovať tangenciálne k povrchu, pričom sa snažia zväčšiť jeho plochu. V dôsledku toho bude práca na natiahnutie nabitého povrchu menšia ako práca, ktorá by bola potrebná na natiahnutie podobného, ​​ale elektricky neutrálneho povrchu.

Ako príklad si vezmime elektrokapilárnu krivku pre ortuť vo vodných roztokoch elektrolytov pri izbovej teplote.

V bode maximálneho povrchového napätia je náboj nulový. Ortuťový povrch je za týchto podmienok elektricky neutrálny.Potenciál, pri ktorom je povrchové napätie elektródy maximálne, je teda potenciál nulového náboja (ZCP).

Veľkosť potenciálu nulového náboja súvisí s povahou kvapalného elektrolytu a chemickým zložením roztoku. Ľavá strana elektrokapilárnej krivky, kde je povrchový potenciál menší ako potenciál nulového náboja, sa nazýva anodická vetva. Pravá strana je katódová vetva.

Je potrebné poznamenať, že veľmi malé zmeny potenciálu (rádovo 0,1 V) môžu spôsobiť viditeľné zmeny povrchového napätia (rádovo 10 mJ na meter štvorcový).

Závislosť povrchového napätia od potenciálu popisuje Lippmannova rovnica:

Elektrokapilárne javy nachádzajú praktické uplatnenie pri nanášaní rôznych povlakov na kovy — umožňujú regulovať zmáčanie pevných kovov kvapalinami. Lippmannova rovnica umožňuje výpočet povrchového náboja a kapacity elektrickej dvojvrstvy.

Pomocou elektrokapilárnych javov sa určuje povrchová aktivita povrchovo aktívnych látok, pretože ich ióny majú špecifickú adsorpciu. V roztavených kovoch (zinok, hliník, kadmium, gálium) sa zisťuje ich adsorpčná kapacita.

Elektrokapilárna teória vysvetľuje maximá v polarografii. Na elektrokapilárne javy sa vzťahuje aj závislosť zmáčavosti, tvrdosti a koeficientu trenia elektródy od jej potenciálu.