Przewodnictwo powierzchniowe
Przewodnictwo powierzchniowe (oznaczane symbolem ) – dodatkowe przewodnictwo elektryczne płynu w sąsiedztwie naładowanej powierzchni. Przewodność elektrolitu związana jest z ruchem jonów wywołanym polem elektrycznym. Stężenie jonów jest większe w pobliżu naładowanych powierzchni. Są one przyciągane tam poprzez siły elektrostatyczne indukowane przez ładunek powierzchniowy. Ta warstwa większego stężenia jonów jest częścią międzyfazowej podwójnej warstwy elektrycznej. Wyższe stężenie jonów w tej warstwie oznacza jej większą przewodność. Wielkość ta wykorzystywana jest między innymi do wyznaczania liczby Duchina, która następnie jest wykorzystywana w metodach służących do wyznaczania potencjału dzeta.
Marian Smoluchowski był pierwszym naukowcem, który na początku XX wieku zauważył znaczenie przewodnictwa powierzchniowego[1].
Pojęcie zostało szerzej omówione w raporcie technicznym dotyczącym efektów elektrokinetycznych przygotowanym przez grupę ekspertów dla IUPAC[2].
Przewodnictwo powierzchniowe można definiować jako dwuwymiarową analogię do prawa Ohma:
gdzie:
- – powierzchniowa gęstość prądu elektrycznego,
- – natężenie pola elektrycznego.
Podwójna warstwa elektryczna (PWE), według przyjętego modelu Gouya-Chapmana-Sterna, posiada dwie warstwy:
- warstwę zewnętrzną, która znajduje się w kontakcie z fazą ciekłą jest nazywana warstwą dyfuzyjną;
- warstwę wewnętrzną, będąca w kontakcie z granicą faz, nazywana jest warstwą Sterna.
Przewodnictwo powierzchniowe może mieć wkład od przewodnictwa w warstwie dyfuzyjnej, oznaczane jako jak i od przewodnictwa występującego w warstwie Sterna (Helmholtza),
Wkład warstwy Sterna jest słabiej poznany i często jest określany mianem dodatkowego przewodnictwa powierzchniowego[3].
Wkład jest nazywany przewodnictwem powierzchniowym Bikermana, który stworzył stosunkowo proste równanie[4], które łączy przewodnictwo powierzchniowe z zachowaniem się jonów przy granicy faz. Dla elektrolitów symetrycznych i zakładając identyczne stałe dyfuzji jonów D+ = D− =D, otrzymuje się następujące równanie:
gdzie:
- – stała Faradaya,
- – stężenie jonów w fazie,
- – wartościowość jonu,
- – współczynnik dyfuzji jonów.
- – stała gazowa,
- – temperatura,
- – długość Debye’a,
- – potencjał dzeta.
Parametr opisuje wkład elektroosmozy w ruchu jonów wewnątrz podwójnej warstwy elektrycznej:
gdzie:
Przypisy
edytuj- ↑ M. Smoluchowski, Physik, Z., 6, 529 (1905).
- ↑ Ángel V. Delgado: Measurement and Interpretation of Elektrokinetic Phenomena. IUPAC, 2005, s. 1763. (ang.).
- ↑ Dukhin, S.S. and Derjaguin, B.V. „Electrokinetic Phenomena”, John Wiley and Sons, New York (1974).
- ↑ Bikerman, J.J. Z.Physik.Chem. A163, 378, 1933.