Elektrokapilláris jelenségek
Ha az elektrolit felülete feltöltött, akkor a felületén kialakuló felületi feszültség nemcsak a szomszédos fázisok kémiai összetételétől, hanem azok elektromos tulajdonságaitól is függ. Ezek a tulajdonságok a felületi töltéssűrűség és a potenciálkülönbség a határfelületen.
A felületi feszültség (e) függését a potenciálkülönbségtől ennél a jelenségnél egy elektrokapilláris görbe írja le. És éppen azokat a felszíni jelenségeket, ahol ez a függőség megfigyelhető, elektrokapilláris jelenségeknek nevezzük.
Hagyja, hogy az elektródpotenciál valamilyen módon megváltozzon az elektróda-elektrolit határfelületen. Ebben az esetben a fém felületén ionok vannak, amelyek felületi töltést képeznek, és elektromos kettős réteg jelenlétét okozzák, bár itt egyáltalán nincs külső EMF.
A hasonló töltésű ionok taszítják egymást a határfelület felületén, így kompenzálják a folyadékmolekulák összehúzó erejét. Ennek eredményeként a felületi feszültség kisebb lesz, mint az elektróda túlzott potenciáljának hiányában.
Ha ellentétes előjelű töltést alkalmazunk az elektródán, a felületi feszültség megnő, mert az ionok kölcsönös taszító erői csökkennek.
Abban az esetben, ha a vonzóerők abszolút kompenzációja a taszító ionok elektrosztatikus erőivel történik, a felületi feszültség eléri a maximumot. Ha folytatjuk a töltés ellátását, akkor a felületi feszültség csökkenni fog, ahogy új felületi töltés keletkezik és nő.
Egyes esetekben az elektrokapilláris jelenségek jelentősége nagyon nagy. Lehetővé teszik a folyadékok és szilárd anyagok felületi feszültségének megváltoztatását, valamint a kolloid-kémiai folyamatok, így a tapadás, nedvesítés és diszperzió befolyásolását.
Fordítsuk figyelmünket ismét ennek a függőségnek a minőségi oldalára. Termodinamikailag a felületi feszültséget úgy definiáljuk, mint az egységnyi felület kialakításának izoterm folyamatának munkáját.
Ha egy felületen azonos nevű elektromos töltések vannak, elektrosztatikusan taszítják egymást. Az elektrosztatikus taszítás erői tangenciálisan a felszínre fognak irányulni, mindenképp megpróbálják növelni annak területét. Ennek eredményeként a feltöltött felület nyújtása kevesebb lesz, mint egy hasonló, de elektromosan semleges felület nyújtásához szükséges munka.
Példaként vegyük az elektrolitok vizes oldatában lévő higany elektrokapilláris görbéjét szobahőmérsékleten.
A maximális felületi feszültség pontján a töltés nulla. Ilyen körülmények között a higanyfelület elektromosan semleges.Így az a potenciál, amelynél az elektród felületi feszültsége maximális, a nulla töltéspotenciál (ZCP).
A nulla töltés potenciáljának nagysága a folyékony elektrolit természetétől és az oldat kémiai összetételétől függ. Az elektrokapilláris görbe bal oldalát, ahol a felületi potenciál kisebb, mint a nulla töltés potenciálja, anódos ágnak nevezzük. A jobb oldal a katód ága.
Megjegyzendő, hogy a potenciál nagyon kis változásai (0,1 V nagyságrendűek) észrevehető változásokat idézhetnek elő a felületi feszültségben (10 mJ/négyzetméter).
A felületi feszültség potenciálfüggését a Lippmann-egyenlet írja le:
Az elektrokapilláris jelenségek gyakorlati alkalmazást találnak a fémek különféle bevonatainak felhordásakor – lehetővé teszik a szilárd fémek folyadékkal történő nedvesedésének szabályozását. A Lippmann-egyenlet lehetővé teszi az elektromos kettős réteg felületi töltésének és kapacitásának kiszámítását.
Az elektrokapilláris jelenségek segítségével meghatározzák a felületaktív anyagok felületi aktivitását, mivel ionjaik specifikus adszorpcióval rendelkeznek. Az olvadt fémekben (cink, alumínium, kadmium, gallium) meghatározzák azok adszorpciós képességét.
Az elektrokapilláris elmélet megmagyarázza a polarográfia maximumait. Az elektróda nedvesíthetőségének, keménységének és súrlódási együtthatójának a potenciáljától való függése is elektrokapilláris jelenségekre vonatkozik.