Электрокапиллярные явления

Поверхностное натяжение, если поверхность заряжена, зависит не только от химической природы граничащих фаз, но и от электрических свойств: плотности поверхностного заряда ( ρ_s ) [ Кл/м²] и φ – разность потенциалов на границе раздела фаз [В].

Зависимость σ от φ в этом случае называется электрокапиллярной кривой:

σ = f (φ)

А поверхностные явления, обусловленные этой зависимостью. Называются электрокапиллярными.

Значение этих явлений велико, они позволяют регулировать поверхностное натяжение жидкостей и твердых тел, эффективно влиять на коллоидно-химические процессы: смачивание, адгезию, диспергирование.

Рассмотрим зависимость σ = f (φ) на качественном уровне. Термодинамика определяет поверхностное натяжение как работу изотермического процесса образования единицы поверхности:

σ = dW / ∂ S

Если на данной поверхности находятся одноименные электрические заряды, то они будут отталкиваться друг от друга. Силы электростатического отталкивания направлены тангенсально поверхности и стремятся увеличить ее площадь. Таким образом, работа, необходимая для увеличения электрозаряженной поверхности будет меньше, чем для электронейтральной поверхности.

Рассмотрим электрокапиллярную кривую ртути в водных растворах электролитов при комнатной температуре.

		φ , (В)

То есть в точке максимума заряд равен 0 Кл. – это ПНЗ (потенциал нулевого заряда).

Максимум σ соответствует электронейтральной поверхности ртути, т. е. ρ_s = 0, значит потенциал, при котором поверхностное натяжение электрода максимально, называют ПНЗ (φ_н.з.).

Значение ПНЗ зависит от природы жидкого электролита и состава раствора.

Левую часть электрокапиллярной кривой (φ<ПНЗ) называют анодной ветвью.

Правая часть - (φ>ПНЗ) – катодная ветвь.

Небольшие изменения потенциала (десятые доли В) приводят к существенным изменениям поверхностного натяжения, примерно 10 мДж/м².

Зависимость поверхностного натяжения от потенциала описывается уравнением Липпмана:

d σ / d φ = ε ε₀ φ / r = q / 4 π r² = ρ_s

Применение электрокапиллярных явлений: для регулирования смачивания твердых металлов жидкими, - используется при нанесении различных покрытий на металлы.