Stern双电层模型VIP专享VIP免费

Stern认为，固体表面因静电引力和范德华引力而吸引一层反离子，紧贴固体表面形成一个固定的吸附层,这种吸附称为特性吸附，这一吸附层（固定层）称为Stern层（见下图示）。Stern层的厚度由被吸附离子的大小决定。吸附反离子的中心构成的平面称为Stern面。3.Stern双电层模型Stern面上的电势ψδ（）称为Stern电势。在Stern层内，电势由表面电势ψ0（）直线下降到ψδ（）。Stern层外，反离子呈扩散态分布，称为扩散层（或Gouy层）。扩散层中的电势呈曲线下降到。ψ0ψψ)(0'0δψψδεσStern层与双电层平板电容器模型相类似。则σ0为胶粒表面电荷密度。它与Stern层表面电荷密度σ1和扩散层表面电荷密度σ2和关系为σ0+σ1+σ2=0整个双电层为电中性。00001sσσKnKnθ假设Stern层中反离子的吸附服从Langmuir吸附等温式,于是有，000'011)(KnKnσεδψψs式中，σs0为反离子单吸附层饱和吸附时的表面电荷密度；常数K正比于Boltzmann因子，与Stern层中离子有关的电能（zeψδ）和与吸附相关连的特性化学能φ相关，)exp(kTφzeψK表示Stern层中得电势降随吸附离子浓度增加而变大，最终趋近于一恒定值，这时表面为饱和吸附。在Stern模型中，ψδ为Stern平面到溶液内部的电势差。ζ电势是滑移面到溶液内部的电势差。从中可见|ψδ|>|ζ|,ζ电势大小受ψδ的制约，且ζ电势ψδ同号。在稀溶液中，扩散层相当厚，而质点表面所束缚的溶剂化层厚度通常与分子大小的数量级相同，因此，ψδ≌ζ。由于Stern层中的反离子与扩散层中的反离子处于平衡状态，若在高浓度的电解质溶液中，便会有更多的反离子进入Stern层导致ζ电势的降低，此时ζ电势与ψδ的差值加大。高价反离子或大的反离子（如表面活性剂离子）不仅与质点表面间有强烈的静电吸引力，还有较强的范德华力引力，质点对它们发生很强烈的的选择性吸附（这就是特性吸附）而进入Stern层，导致ψδ反号，ζ电势也随之反号。同号大离子由于与质点间有很强的范德华力引力，当范德华力引力克服静电斥力时，便进入Stern层而使Stern层的|ψδ|升高甚至超过表面电势ψ0。另外，由于同号大离子的体积较大会使Stern层的δ增大。见上图示。由此可见Stern模型比Gouy-Chapman模型能更好的解释电动现象。但是，发生离子特性吸附的Stern面与扩散层起始平面的吻合仍然引起了混乱。这里ψ2相当于ψδ（扩散层）。在H-层中，电势呈线性变化。Grahame进一步将Stern层分成两部分。特性吸附离子不水合，因而比Stern层更接近表面。特性吸附离子所在部位称为内Helmholtz面，而扩散层起始的面称为外Helmholtz面。阴离子特性吸附在负电荷表面时离子相应电势的分布如下图示。特性吸附是双电层研究中最重要的课题之一。一般来说，阴离子表现出比阳离子更强的特性吸附。Grahame曾报道，在Hg-水溶液界面上，卤素阴离子的特性吸附随半径增加，即F－