Giáo trình Điện Hóa Học chương 6: Lớp điện kép trên ranh giới điện cực dung dịch

Khái niệm lớp điện kép được sử dụng để mô tả sự phân bố các điện tích hay các lưỡng cực trên ranh giới tiếp xúc giữa hai pha, hay định hướng trên bề mặt tiếp xúc giữahai pha. Mục đích nghiên cứu của lớp điện kép để ứng dụng trong việc xác định tốc độ phản ứng điện hóa và cơ chế của các phản ứng đó, làm phương tiện nghiên cứu động học các quá trình điện hóa.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Điện Hóa Học chương 6: Lớp điện kép trên ranh giới điện cực dung dịch Ch−¬ng Ch−¬ng 6 Líp Líp ®iÖn kÐp trªn ranh giíi ®iÖn cùc dung dÞch6.1. Sù h×nh thµnh líp ®iÖn kÐp Kh¸i niÖm líp ®iÖn kÐp ®−îc sö dông ®Ó m« t¶ sù ph©n bè c¸c ®iÖn tÝch hay c¸cl−ìng cùc trªn ranh giíi tiÕp xóc gi÷a hai pha, hay ®Þnh h−íng trªn bÒ mÆt tiÕp xóc gi÷ahai pha. Môc ®Ých nghiªn cøu líp ®iÖn kÐp ®Ó øng dông trong viÖc x¸c ®Þnh tèc ®é ph¶nøng ®iÖn ho¸ vµ c¬ chÕ cña c¸c ph¶n øng ®ã, lµm ph−¬ng tiÖn nghiªn cøu ®éng häc c¸cqu¸ tr×nh ®iÖn ho¸. Líp ®iÖn kÐp trªn ranh giíi pha ®iÖn cùc dung dÞch cã thÓ ®−îc h×nh thµnh trongc¸c tr−êng hîp sau: a- Sù trao ®æi ion gi÷a hai pha ®iÖn cùc vµ dung dÞch ®iÖn li: NÕu ho¸ thÕ cña ion kim lo¹i trong kim lo¹i lín h¬n ho¸ thÕ cña ion kim lo¹itrong dung dÞch th× ion kim lo¹i tõ kim lo¹i sÏ chuyÓn vµo dung dÞch, do ®ã bÒ mÆt kimlo¹i sÏ tÝch ®iÖn ©m vµ hót vÒ phÝa m×nh c¸c ion kim lo¹i tõ dung dÞch vµ t¹o thµnh líp®iÖn kÐp. Ng−îc l¹i, nÕu ho¸ thÕ cña ion kim lo¹i trong kim lo¹i nhá h¬n ho¸ thÕ cña iomkim lo¹i trong dung dÞch th× ion kim loaÞ sÏ chuyÓn tõ dung dÞch lªn bÒ mÆt kim lo¹ilµm cho bÒ mÆt kim lo¹i tÝch ®iÖn d−¬ng, do ®ã hót vÒ phÝa m×nh c¸c anion tõ dungdÞch vµ t¹o thµnh líp ®iÖn kÐp. NÕu ho¸ thÕ cña ion kim lo¹i trong kim lo¹i b»ng ho¸ thÕ cña ion kim lo¹i trongdung dich th× sù chuyÓn ion tõ t−íng nµy sang t−íng kia kh«ng x¶y ra. BÒ mÆt kim lo¹isÏ kh«ng tÝch ®iÖn. Dung dÞch ®ã ®−îc gäi lµ dung dÞch kh«ng. b- Líp ®iÖn kÐp còng xuÊt hiÖn do kim lo¹i hÊp phô mét lo¹i ion cña vhÊt ®iÖn likh¸c. Ch¼ng h¹n trªn bÒ m¹t cu¶ ®iÖn cùc thuû ng©n ng©m trong dung dÞch KI sÏ cãc¸c ion I- bÞ hÊp phô. C¸c anion I— nµy sÏ hót l¹i gÇn m×nh c¸c cation K+ vµ t¹o thµnhlíp ®iÖn kÐp. c- Líp ®iÖn kÐp còng xuÊt hiÖn do sù hÊp phô ®Þnh h−íng c¸c ph©n tö ph©n cùc,c¸c chÊt h÷u c¬ ph©n cùc ... lªn bÒ mÆt kim lo¹i. + - - + - + - - + - + - - + - + - - + - + - - + - + - - + - + - - + - + - - + - 80 I- K+ + - + - + - + - + Hg - + Hg - + - + - + Ngoµi ra, ta còng cã thÓ dïng dßng ®iÖn bªn ngoµi ®Ó t¹o thµnh líp ®iÖn kÐp.Cho kim lo¹i vµo dung dÞch chÊt ®iÖn li chøa ion kim lo¹i nµy, ch¼ng h¹n cho Hg vµodung dÞch KCl, nhê dßng ®iÖn bªn ngoµi, bÒ mÆt Hg sÏ tÝch ®iÖn ©m. D−íi t¸c dông cñalùc hót tÜnh ®iÖn c¸c cation K+ sÏ bÞ hót l¹i gÇn bÒ mÆt ®iÖn cùc vµ t¹o thµnh líp ®iÖnkÐp.6.2. C¸c thuyÕt vÒ cÊu tróc líp kÐp6.2.1. ThuyÕt Helmholtz Helmholtz ®−a ra m« h×nh tô ®iÖn ph¼ng ®Ó m« t¶ ranh giíi gi÷a ®iÖn cùc vµdung dÞch (líp ®iÖn kÐp). Theo thuyÕt Helmholtz, c¸c ion ng−îc dÊu bÞ hót m¹nh vÒ líp®iÖn tÝch trªn bÒ mÆt kim lo¹i, v× vËy líp kÐp lµ tô ®iÖn ph¼ng hoµn chØnh ®−îc t¹othµnh tõ hai b¶n ®iÖn tÝch traÝ d©ó . - Kho¶ng c¸ch gi÷a hai b¶n rÊt bÐ, xÊp xØ ®−êng kÝnh ph©n tö n−íc. - ThÕ trong líp kÐp thay ®æi tuyÕn tÝnh tõ b¶n ®iÖn tÝch nµy sang b¶n ®iÖn tÝchkh¸c. Ion đối solvat Lớp Helmholtz ngoài H×nh 6.1: Sù ph©n bè ®iÖn tÝch cña líp kÐp theo Helmholt vµ sù biÕn thiªn thÕ ϕ 81 MËt ®é ®iÖn tÝch cña ®iÖn cùc: q = C. ϕ (6.1) víi C: ®iÖn dung líp kÐp ε C= (6.2) 4πd ε: h»ng sã ®iÖn m«i ; d: kháang c¸ch hai b¶n ϕ : b−íc nh¶y thÕ gi÷a hai b¶n ε ϕ Suy ra: q= (6.3) 4πd Ph−¬ng tr×nh (6.2) vµ (6.3) kh«ng gi¶i thÝch ®−îc trong thùc tÕ ®iÖn dung C vµmËt ®é ®iÖn tÝch q phô thuéc vµo nång ®é dung ...