Електрокапиларни феномени

Ако је површина електролита напуњена, онда површински напон на његовој површини зависи не само од хемијског састава суседних фаза, већ и од њихових електричних својстава. Ова својства су површинска густина наелектрисања и разлика потенцијала на интерфејсу.

Зависност (е) површинског напона од разлике потенцијала за ову појаву је описана електрокапиларном кривом. А саме површинске појаве где се ова зависност примећује називају се електрокапиларни феномени.

Дозволите да се потенцијал електроде на неки начин промени на интерфејсу електрода-електролит. У овом случају, на површини метала постоје јони који формирају површински набој и изазивају присуство електричног двоструког слоја, иако овде уопште нема спољашњег ЕМФ-а.

Једнако наелектрисани јони се одбијају једни од других преко површине интерфејса, компензујући на тај начин контрактилне силе молекула течности. Као резултат, површински напон постаје нижи него у одсуству вишка потенцијала на електроди.

Ако се на електроду примени наелектрисање супротног предзнака, површински напон ће се повећати јер ће се силе међусобног одбијања јона смањити.

У случају апсолутне компензације привлачних сила електростатичким силама одбојних јона, површински напон достиже максимум. Ако наставимо да допремамо пуњење, онда ће се површински напон смањити како ће се нови површински набој појавити и расти.

У неким случајевима је значај електрокапиларних феномена веома велики. Омогућавају промену површинског напона течности и чврстих материја, као и утицај на колоидно-хемијске процесе као што су адхезија, влажење и дисперзија.

Скренимо поново пажњу на квалитативну страну ове зависности. Термодинамички, површински напон се дефинише као рад изотермног процеса формирања јединичне површине.

Када се на површини налазе истоимени електрични набоји, они ће се међусобно електростатички одбијати. Силе електростатичког одбијања биће усмерене тангенцијално на површину, покушавајући свеједно да повећају њену површину. Као резултат тога, рад на истезању наелектрисане површине биће мањи од рада који би био потребан за истезање сличне, али електрично неутралне површине.

Као пример, узмимо електрокапиларну криву за живу у воденим растворима електролита на собној температури.

У тачки највећег површинског напона наелектрисање је нула. Површина живе је у овим условима електрично неутрална.Дакле, потенцијал при којем је површински напон електроде максималан је потенцијал нултог наелектрисања (ЗЦП).

Величина потенцијала нултог наелектрисања повезана је са природом течног електролита и хемијским саставом раствора. Лева страна електрокапиларне криве, где је површински потенцијал мањи од потенцијала нултог наелектрисања, назива се анодном граном. Десна страна је катодна грана.

Треба напоменути да врло мале промене потенцијала (реда 0,1 В) могу произвести приметне промене у површинском напону (реда 10 мЈ по квадратном метру).

Зависност површинског напона од потенцијала описана је Липмановом једначином:

Електрокапиларни феномени налазе практичну примену у примени различитих премаза на метале — омогућавају регулацију влажења чврстих метала течностима. Липманова једначина омогућава израчунавање површинског наелектрисања и капацитивности електричног двоструког слоја.

Уз помоћ електрокапиларних појава одређује се површинска активност сурфактаната, пошто њихови јони имају специфичну адсорпцију. У растопљеним металима (цинк, алуминијум, кадмијум, галијум) одређује се њихов адсорпциони капацитет.

Електрокапиларна теорија објашњава максимуме у поларографији. Зависност влажења, тврдоће и коефицијента трења електроде од њеног потенцијала односи се и на електрокапиларне појаве.