雙電層

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雙電層是中國科技名詞。

世界上所有的國家中，只有我們中國的文化是始終沒有間斷過的傳承下來，也只有 「漢字」是世界上唯一的古代一直演變過來沒有間斷過的文字形式。

目錄

名詞解釋

任何兩個不同的物相接觸都會在兩相間產生電勢，這是因電荷分離引起的。兩相各有過剩的電荷，電量相等，正負號相反，相互吸引，形成雙電層。

在兩種不同物質的界面上，正負電荷分別排列成的面層。在溶液中，固體表面常因表面基團的解離或自溶液中選擇性地吸附某種離子而帶電。由於電中性的要求，帶電錶面附近的液體中必有與固體表面電荷數量相等但符號相反的多餘的反離子。帶電錶面和反離子構成雙電層。

在電極的金屬-電解質的兩相界面存在電勢，同樣將產生雙電層，其總厚度一般約為0.2-20納米。電極的金屬相為良導體，過剩電荷集中在表面；電解質的電阻較大，過剩電荷只部分緊貼相界面，稱緊密雙層；餘下部分呈分散態，稱分散雙層。電極反應的核心步驟-遷越步驟（即活化步驟）都需在緊密層中進行，影響電極反應的吸附過程也發生在雙電層中，故雙電層結構的研究對於電化學的理論和生產都有重要意義。

膠核表面擁有一層離子，成為電位離子，電位離子層通過靜電作用，把溶液中電荷相反的離子吸引到膠核周圍，被吸引的離子稱為反離子，它們的電荷總量與電位離子的相等而符號相反。這樣，在膠核周圍介質的相間界面區域就形成所謂雙電層。

理論

溶膠粒子帶電，這些電荷的主要來源是從水溶液中選擇性地吸附某種離子：吸附正離子膠粒帶正電，吸附負離子帶負電，但整個溶液是電中性的，故還應有等量的反離子存在。固粒表面吸附的離子和溶液中的反離子構成雙電層。

反離子在溶液中受到兩個方向相反的作用：

1.固粒表面被吸附的離子的引力，力圖將它們拉向界面；

2.離子本身的熱運動，使之離開界面而擴散到溶液中去，其結果使反離子在固粒表面外呈平衡分布：靠近界面處反離子濃度大些；隨着與界面距離的增大，反離子由多到少，形成擴散分布。

MN代表粒子的平表面，設它吸附負離子，則電量相等的正離子擴散分布，就好象大氣層中氣體分子按高度分布的狀態。直到界面負電荷電力所不及處，過剩離子濃度等於零。帶電錶面及這些反離子，就構成擴散雙電層。雙電層的厚度隨溶液中離子濃度和電荷數而不同。

結構

熱運動使液相中的離子趨於均勻分布，帶電錶面則排斥同號離子並將反離子吸引至表面附近，溶液中離子的分布情況由上述兩種相對抗的作用的相對大小決定。根據O.斯特恩的觀點，一部分反離子由於電性吸引或非電性的特性吸引作用（例如范德瓦耳斯力）而和表面緊密結合，構成吸附層（或稱斯特恩層）。其餘的離子則擴散地分布在溶液中，構成雙電層的擴散層（或稱古伊層）。由於帶電錶面的吸引作用，在擴散層中反離子的濃度遠大於同號離子。離表面越遠，過剩的反離子越少，直至在溶液內部反離子的濃度與同號離子相等。

如圖，MN代表固體的表面，設它吸附負離子，則電量相等的正離子擴散分布，直到界面負電荷電力所不及處，即到CD處的電荷為0。在MN→AB層中的離子與固體的結合力強，不能隨溶液流動而流動，稱為吸附層，該層包括表面吸附（或解離）所帶的離子（電位離子，約一個分子大小）及部分反離子，厚度為幾個水分子大小。在AB-CD層中的離子能隨溶液的流動而流動，稱為擴散層，因而AB界面稱為滑移面。擴散層中的反離子隨着與表面距離的加大，濃度逐漸減少到0，流動性增加。吸附層與擴散層合稱為擴散雙電層。