ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Двойной электрический слой на границах раздела фаз из "Защита полимеров от статического электричества" На границах раздела двух фаз различного химического состава, как правило, происходит перераспределение электрического заряда, связанное с переходом заряженных частиц (ионов, электронов) из одной фазы в другую. Это приводит к образованию заряда на поверхности одной фазы и равного, но противоположного по знаку заряда в другой фазе. Таким образом, на границе раздела фаз возникает двойной электрический слой. Теория двойных электрических слоев была впервые разработана Гельмгольцем [53] значительный вклад в эту теорию внесли Перрен [54], Гюи [55], Дебай и Хюккель [56]. [c.16] Согласно теории Гельмгольца — Перрена двойной электрический слой на границе раздела твердой фазы и жидкости представляет собой плоский конденсатор. Одна обкладка связана с твердой фазой, а другая расположена в жидкости. Толщина двойного слоя составляет величину порядка диаметра иона (—0,1 нм). Она на границе твердая фаза — электролит тем больше, чем меньше концентрация и валентность ионов и чем выше температура [52, с. 30]. [c.16] Предложены несколько различных механизмов образования двойных электрических слоев при соприкосновении двух фаз [57]. Так, механизм образования двойного слоя связывают с различной скоростью перехода заряженных частиц из фазы в фазу (термоэлектронная эмиссия). Между металлом и окружающим пространством возникает градиент потенциала, который в итоге достигает величины, достаточной для прекращения дальнейшей эмиссии. Металл, имеющий положительный заряд, притягивает электроны из окружающего пространства к своей поверхности, а последние отталкивают электроны металла вглубь. В результате по обе стороны межфазной поверхности создается концентрация разноименно заряженных частиц и образуется двойной электрический слой [58]. [c.16] Еще одним возможным механизмом возникновения двойных электрических слоев является поверхностная ориентация молекул, имеющих полярные группы [57, 62, с. 98]. В работе [60, с. 81] указывается, что этот случай электризации при контакте наиболее полно соответствует процессам, происходящим па границе субстрат — полимерный адгезив, независимо от того, является ли субстрат металлом, стеклом, полимером и т. д. В массе полимера дипольные моменты полярных групп взаилшо компенсированы, а на поверхности — нет. При контакте с металлом или диэлектриком происходит ориентация поверхностных диполей, и поверхность приобретает заряд определенной величины и знака. Так что образование зарядов на поверхностях при контакте металла и диэлектрика или двух диэлектриков обусловлено главным образом эффектом ориентации, а эффект перехода электронов крайне незначителен [48]. [c.17] При контакте полимеров с телами различной природы на границе раздела также образуется двойной электрический слой. Этот про-цесс является следствием химического взаимодействия адгезива и суб- страта, образования водородных связей, донорно-акцепторного взаи- МО действия, ориентированной адсорбции дипольных молекул адге-зива на поверхности субстрата, различного сродства к электрону ад-Г гезива и субстрата. Во всех этих случаях устанавливается такое распределение электронной плотности, что суммарный эффект приводит к образованию двойного слоя на границе раздела [60]. [c.17] Пример двойного электрического слоя на границе раздела твердое тело — жидкость показан на рис. 3. Подробно этот случай рассмотрен в работе [63]. [c.17] находящиеся в диффузной части внешней обкладки двойного слоя, при наложении на систему поля электрических или механических сил могут смещаться вместе с раствором относительно твердой фазы. Ионы, находящиеся в слое Штерна, остаются в этом случае у поверхности твердой фазы. Таким образом, между слоем Штерна и слоем Гюи условно может быть проведена граница скольжения (см. рис. 3, АА ). [c.18] Как видно из рис. 3, элек-трокинетический потенциал составляет часть электрохимического потенциала ф (потенциал Нернста). Для проводников и полупроводников можно экспериментально определить ф-потенциал [64] и -потенциал [65, 66]. Для диэлектриков известны методы экспериментального определения только -потенциала [67]. ф- и -Потенциалы, характеризующие электрические свойства поверхности раздела твердое тело — раствор, могут влиять на многие процессы, протекающие на границе раздела фаз, например на процессы электризации жидкостей в трубопроводах. [c.18] Гидродинамическими исследованиями [68—70] установлено, что плоскость скольжения при относительном перемещении твердой и жидкой фаз всегда находится на значительно большем расстоянии, чем толщина слоя Гельмгольца — Перрена. [c.18] Таким образом можно рассчитывать толщину двойного слоя не только электролитического происхождения, но и в тех случаях, когда он возникает при контакте металла с металлом, полупроводником, диэлектриком [72, 73]. [c.19] В обычном случае у материалов с высокой проводимостью двойной электрический слой исчезает сразу же после разделения поверхностей соприкосновения за счет компенсации зарядов, т. е. снова восстанавливается первоначальное состояние. Соприкасавшиеся поверхности становятся электрически нейтральными. Если же по крайней мере одно из соприкасавшихся тел обладает очень незначительной электропроводностью, то заряды в этом случае малоподвижны. Отвод образующихся зарядов и тем самым их компенсация становятся невозможными. Возникшие заряды в результате разделения соприкасавшихся поверхностей сохраняются, т. е. на них остается электростатический потенциал. [c.19] Рассмотренный выше случай образования двойного электрического слоя при контакте твердого тела и жидкости принципиально объясняет появление статической электризации, особенно заряжение гидрофобных материалов, каковыми являются и полимерные диэлектрики. [c.19] Вернуться к основной статье