ГОСТ 8.653.1—2016
Приложение А
(справочное)
Модели двойного электрического слоя
А.1 Основные положения
Двойной электрический спой (ДЭС) представляет собой пространственное распределение электрических заря
де», которое появляется в непосредственной близости от поверхности объекта, когда он находится в контакте с жидко
стью. Этим объектом могут быть твердые частицы, пузырьки газа, капля жидкости и пористое тело. Данная структура
состоит из двух параллельных слоев электрических зарядов. Один слой (положительный или отрицательный) совпа
дает с поверхностью обьвхта и называется электрически заряженной поверхностью. Другой слой находится в окружа
ющей частицу среде, которая экранирует первый слой. Этот слой называется диффузным, так как он образуется под
действием электрической силы и теплового движения свободных ионов в окружающей частицу среде.
ДЭС играет очень важную роль в реальных системах. Например, молоко существует только потому, что кап
ли жира покрыты ДЭС. что предотвращает их коагуляцию в масло. ДЭС существуют практически во всех гетеро
генных системах на основе жидкости, например, в крови, краске, чернилах, керамических суспензиях, цементных
растворах и т.д.
Самая ранняя модель ДЭС принадлежит Гельмгольцу (б), которая математически описывает ДЭС как про
стой конденсатор, основанный на физической модели, в которой один слой ионов адсорбируется на поверхности
с компенсацией противоположного заряда в растворе. Позже Гун и Чепмен [7-8] добились значительного улучше
ния модели с помощью введения диффузной модели ДЭС, в которой электрический потенциал экспоненциально
убывает при удалении от поверхности в обьем жидкости. Модель Гуи-Чепмена не выполняется для многозарядных
ДЭС. Для того чтобы решить эту проблему, Штерн [9] предложил ввести дополнительный слой, прилегающий к
поверхности, который называется слоем Штерна. На сегодняшний день комбинированная модель Гуи-Чепмена-
Штерна применяется наиболее часто.
В модели Гуи-Чепмена-Штерна [23,2-4] существуют следующие приближения:
- ионы рассматриваются как эффективные точечные заряды;
- единственные значимые взаимодействия в диффузном слое — кулоновские;
- диэлектрическая проницаемость остается постоянной на всей площади двойного электрического слоя;
- динамическая вязкость окружающей частицу жидкости постоянна вне плоскости скольжения.
Существуют более новые теоретические разработки, в которых критически рассматриваются указанные при
ближения модели Гуи-Чепмена-Штерна.
Рисунок А.1 иллюстрирует межфазный ДЭС [2]. Причиной формирования устойчивого двойного слоя служит
взаимодействие зарядоолредепяющих ионов с поверхностью. Этот процесс приводит к накоплению поверхност
ного электрического заряда, создающего электростатическое поле, которое влияет на ионы в обьеме жидкости.
1
4 5ё
1 —
спой Штерна. 2 — область заряженных частиц
3 - заряженный диффузный слой.
4
— плоскость Штерна, S - плоскость скольжения.б — длина Дебая
Рисунок А.1 — Структурная схема двойного электрического слоя согласно модели Гуи-Чепмена-Штерна
5