双电层的扩散双电层理论

双电层的扩散双电层理论：

微粒的内部称为微粒核，一般带负电荷，形成一个负离子层，即决定电位离子层，其外部由于电性吸引而形成一个正离子层。反离子层包括非活动性离子层和扩散层，合称为双电层：第一层是在表面上专属吸附的离子 ，第二层是扩散层，依靠静电作用。

在电极的金属、电解质的两相界面存在电势，同样将产生双电层，其总厚度约为0.2至20纳米。电极的金属相为良导体，过剩电荷集中在表面；电解质的电阻较大，过剩电荷部分紧贴相界面，称紧密双层；余下部分呈分散态，称分散双层。

双电层的扩散双电层理论

双电层的扩散双电层理论：

微粒的内部称为微粒核，一般带负电荷，形成一个负离子层，即决定电位离子层，其外部由于电性吸引而形成一个正离子层。反离子层包括非活动性离子层和扩散层，合称为双电层：第一层是在表面上专属吸附的离子 ，第二层是扩散层，依靠静电作用。

在电极的金属、电解质的两相界面存在电势，同样将产生双电层，其总厚度约为0.2至20纳米。电极的金属相为良导体，过剩电荷集中在表面；电解质的电阻较大，过剩电荷部分紧贴相界面，称紧密双层；余下部分呈分散态，称分散双层。

谁能解释一下胶体双电层理论

扩散双电层是指当带电的胶体颗粒分散在电解质溶液中时，由于静电吸引，溶液中带异号电荷的离子向表面靠近，同时离子的热运动又使其向远离表面的方向扩散。溶液中带同号电荷的离子呈相反的运动趋势。当静电吸引与热运动平衡时，在颗粒表面形成主要由反荷离子组成的扩散层。

扩散层中反荷离子的数量随与表面距离的增加而减小，同荷离子随与表面距离的增加呈相反变化趋势，呈扩散状分布。胶体表面的带电层称为紧密层，紧密层与扩散层合称为扩散双电层。带电固体与电解质溶解接触时在其表面也可形成扩散双电层。

扩展资料

从1853年亥姆霍兹提出的平行板双电层模型，到古依和査普曼提出的由反荷离子组成的扩散层学说，这一理论得到很大的发展。斯特恩对古依和查普曼双电层模型作了进一步修正。考虑到被吸附离子的大小对双电层的影响，提出了斯特恩双电层概念和模型。

在该模型中，反荷离子与表面电荷之间由厚度为3的不带电层分开，这个不带电层称为斯特恩层。在斯特恩层中，介质的介电常数低，电位随距离增加呈直线下降。与斯特恩层连接的逐渐向本体溶液延伸的部分为扩散层。

——扩散双电层

什么是双电层,双电层结构模型发展经历了哪些阶段,并分 析不同双电层模型的先？

固液界面的双电层
矿物表面带电后，由于静电力的作用，会吸引水溶液中的反号离子，使固－液相界面两侧形成电荷符号相反的双层结构，称为双电层。对于双电层，经过长期多方面的深入研究，其主要模型有：1.平板双电层模型：这种模型过分强调离子环境的稳定性，把固体表面上的过量电荷与溶液中的反号电荷的分布状态视为平板电容器，该模型简单，仅适用于描述金属和高溶解度的盐类电解质溶液系统。2.扩散双电层模型：这种模型过分强调离子的移动性，认为点电荷的浓度，自固体表面向溶液内部随距离增加而递减。3.斯特恩模型：该模型较为实际地反映了双电层的真实结构，在浮选理论上得到了广泛的应用。双电层由内层和外层组成。矿物表面的荷电层为双电层的内层，内层中决定矿物表面电荷或电位的离子称为定位离子。溶液中被矿物表面吸附的，起电平衡作用的反号离子称为配衡离子。配衡离子存在的液层称为配衡离子层，即双电层的外层。双电层的外层又分两层，即离矿物表面较近的紧密层和离矿物表面稍远的扩散层。紧密层和扩散层间的界面称为紧密面。
在电解质溶液中，配衡离子对矿物表面没有特殊的亲和力，是靠定位离子的静电引力吸引着。矿物表面的荷电层决定其表面的电荷符号，荷正电时，表面的电位为正，荷负电时，表面的电位为负

解释双电层的理论模型有哪些，各有何优缺点

电化学基础（Ⅲ）——双电层模型 及其发展
吴旭冉, 贾志军, 马洪运, 廖斯达, 王保国 （清华大学化学工程系，北京 100084） 演讲人：刘芳玲
双电层模型描述了电极与溶液相界面 之间电荷层的结构，是电极平衡和电极 过程动力学在电化学过程中的具体表 现，是现代电化学的基础理论之一。双 电层理论对现代电化学的推动作用主 要体现在电化学分析方法与
双电层电 容器等领域。
1 .
双电层理论的科学背景
颗粒在电场中 做定向移动的现象 若将颗粒固定，水会向负 极移动，该现象称为电渗
电泳 电动
电动现象的 发现
流动电势
将液体压过多孔陶瓷片时， 在流动方向上会产生电势差
液体中的粒子发生沉降 时，也会产生电势差。
沉降电势
对电动现象的认识
上述事实表明：固、液两相 表面带有电荷。带有电荷的固 体表面必然吸引液体中电量相 等、电性相反的电荷环绕在其 周围，于是在固、液两相界面 之间形成电量相等、电性相反 的双电层。
2
双电层模型的提出与发展
2.1 Helmholtz 模型 结合平板电容器的相 关理论，可以得到固体表 面电势 ψ0与电荷密度 σ 的关系为 ：
式中，δ 为两层之间 的距离；ε 为介电常数。
Helmholtz 模型的缺陷
①只考 虑了反离子受到的静电力，而忽 视了其自身的热运动；
无法 克服 的缺 陷
②不能解释带电颗粒的表面电势与颗粒 运动时固液相之间电势差（ζ 电势） 的区别；
③没有考虑带电粒子的水化作用，明显 不符合实际情形
2.2
Gouy-Chapman 模型
? 1910 年和 1913 年，Gouy 和Chapman 分别对 Helmholtz 模型进行修正，提出了扩散双电层模型如 图所示： Gouy 和 Chapman 对该 模型作出了若干假设 （1）质点表面是无限 大的平面，且电荷分布 均匀； （2）扩散离子是点电 荷，其分布服从 Boltzmann定律； （3）溶液的介电常数 处处相同。
由于正负离子在扩散层中服从 Boltzmann 分布，故有 ： (2) ni为双电层电势为 ψ 处 i 离子的浓度，ni0 为溶液中 i 离子的浓度，k 为Boltzmann 常 数，zi为 i 离子的价电数 在电势为 ψ 处体积电荷密度 ρ 为： (3)
可得： 在低电势下 取一级近似
（5） （6） （7） （8）
溶液电中性
（9） （10）
令 则有
（11） （12）
当 x=x0时，ψ=ψ0；当 x=∞时，ψ=0， 积分得 ψ=ψ0exp（-kx） (13) Gouy-Chapman 模型虽然考虑了静电力与 热运动的平衡，但没有考虑固体表面 van der Waals 力的吸附作用，这种作 用足以克服热运动，使离子比较牢固地 吸附于固体表面，与固体表面一起运动。
2.3
Stern 模型
用 Langmuir 吸附等温 式描述 ：
(13)
Boltzmann 因子
(14)
在 Stern 层中，电势 降 ψ0–ψs可表示为
(15)
(16)
? 当发生电动现象时，Stern 层随固体颗粒一 起运动，与扩散层产生相对滑动，Stern 层与 扩散层之间的界面，称为滑动面。滑动面与溶 液本体之间的电势差，称为 ζ 电势。
2.4
Grahame 模型
1947 年，Grahame 进 一步发展了 Stern 的 理论，将 Stern 层再 分为内Helmholtz 层 （IHP）和外 Helmholtz （OHP）。
3 双电层理论的意义和影响
1.建立起电极平衡与电极过程动力学的联 系。电极反应速率受到电势差的强烈影响
意义和 影响 2.双电层理论同时也是表面化学和 胶体化学的重要理论基础。 3.在电化学分析领域，利用双电层对电毛 细现象的成功解释，由此发展起的极谱法。
4 双电层理论的应用
? 如图 5 所示的“极谱法”测定技术。
海洛夫斯基与 Ilkovie 导出了极谱 基本方程式
(17)
式中，Ε1/2为半波电 势，Id为极限电流
双电层电容器
双电层电容器的原理如图 6 所示，在电解 液中插入两个电极，并加上一个小于分解电 压的电压
ζ 电势的测量 当粒子半径较大，而双电层厚度较 小时可用斯莫鲁霍夫斯基公式描述：
(18)
与此相反，当粒子半径较小，而 双电层厚度较大时，则可用 休克尔公式描述
(19)
通过测量电泳速度 u，即可得到 ζ 电势的大小

什么是双电层结构

双电层结构：

任何两个不同的物相接触都会在两相间产生电势，这是因电荷分离引起的。两相各有过剩的电荷，电量相等，正负号相反，相互吸引。

电极反应的核心步骤是迁越骤，即活化步骤，都需在紧密层中进行，影响电极反应的 吸附过程也发生在双电层中，故双电层结构的研究对电化学的理论和生产有重要意义。

双电层结构的主要模型：

1、平板双电层模型：仅适用于描述金属和高溶解度的盐类电解质溶液系统；

2、扩散双电层模型：认为点电荷的浓度，自固体表面向溶液内部随距离增加而递减；

3、斯特恩模型：较为实际地反映了双电层的真实结构，在浮选理论上得到广泛的应用。