Hiện tượng điện mao dẫn

Nếu bề mặt của chất điện phân được tích điện, thì sức căng bề mặt trên bề mặt của nó không chỉ phụ thuộc vào thành phần hóa học của các pha lân cận mà còn phụ thuộc vào tính chất điện của chúng. Các tính chất này là mật độ điện tích bề mặt và sự khác biệt tiềm năng tại giao diện.

Sự phụ thuộc (e) của sức căng bề mặt vào hiệu điện thế của hiện tượng này được mô tả bằng một đường cong mao dẫn điện. Và chính hiện tượng bề mặt mà sự phụ thuộc này được quan sát thấy được gọi là hiện tượng điện mao dẫn.

Cho phép thế điện cực thay đổi theo một cách nào đó tại giao diện điện cực-chất điện phân. Trong trường hợp này, có các ion trên bề mặt kim loại tạo thành điện tích bề mặt và gây ra sự hiện diện của lớp điện kép, mặc dù không có EMF bên ngoài nào ở đây cả.

Các ion tích điện cùng dấu đẩy nhau trên bề mặt của mặt phân cách, do đó bù cho lực co của các phân tử chất lỏng. Kết quả là, sức căng bề mặt trở nên thấp hơn so với khi không có điện thế thừa trên điện cực.

Nếu đặt một điện tích trái dấu vào điện cực thì sức căng bề mặt sẽ tăng lên do lực đẩy lẫn nhau của các ion sẽ giảm đi.

Trong trường hợp lực hút bù trừ tuyệt đối bằng lực tĩnh điện của các ion lực đẩy thì sức căng bề mặt đạt cực đại. Nếu chúng ta tiếp tục cung cấp điện tích, thì sức căng bề mặt sẽ giảm khi điện tích bề mặt mới phát sinh và tăng lên.

Trong một số trường hợp, tầm quan trọng của hiện tượng điện mao dẫn là rất lớn. Chúng cho phép thay đổi sức căng bề mặt của chất lỏng và chất rắn, cũng như ảnh hưởng đến các quá trình hóa keo như bám dính, thấm ướt và phân tán.

Một lần nữa chúng ta hãy chú ý đến khía cạnh định tính của sự phụ thuộc này. Về mặt nhiệt động lực học, sức căng bề mặt được định nghĩa là công của quá trình đẳng nhiệt hình thành một bề mặt đơn vị.

Khi có các điện tích cùng tên trên một bề mặt, chúng sẽ đẩy nhau về mặt tĩnh điện. Lực đẩy tĩnh điện sẽ hướng tiếp tuyến với bề mặt, cố gắng tăng diện tích của nó bằng mọi cách. Kết quả là, công kéo dài bề mặt tích điện sẽ ít hơn công cần thiết để kéo căng một bề mặt tương tự nhưng trung hòa về điện.

Ví dụ, chúng ta hãy lấy đường cong mao dẫn điện cho thủy ngân trong dung dịch nước của chất điện phân ở nhiệt độ phòng.

Tại điểm có lực căng bề mặt cực đại thì điện tích bằng không. Bề mặt thủy ngân trung hòa về điện trong những điều kiện này.Do đó, điện thế tại đó sức căng bề mặt điện cực cực đại là điện thế điện tích bằng không (ZCP).

Độ lớn của điện thế không điện tích có liên quan đến bản chất của chất điện phân lỏng và thành phần hóa học của dung dịch. Phía bên trái của đường cong mao dẫn điện, nơi điện thế bề mặt nhỏ hơn điện thế của điện tích bằng 0, được gọi là nhánh anốt. Phía bên phải là nhánh cực âm.

Cần lưu ý rằng những thay đổi rất nhỏ về điện thế (ở mức 0,1 V) có thể tạo ra những thay đổi đáng chú ý về sức căng bề mặt (ở mức 10 mJ trên mét vuông).

Sự phụ thuộc của sức căng bề mặt vào điện thế được mô tả bằng phương trình Lippmann:

Hiện tượng điện mao quản tìm thấy ứng dụng thực tế trong việc áp dụng các lớp phủ khác nhau trên kim loại - chúng giúp điều chỉnh sự thấm ướt của kim loại rắn bằng chất lỏng. Phương trình Lippmann cho phép tính điện tích bề mặt và điện dung của lớp kép điện.

Với sự trợ giúp của hiện tượng điện mao dẫn, hoạt động bề mặt của chất hoạt động bề mặt được xác định, vì các ion của chúng có khả năng hấp phụ cụ thể. Trong kim loại nóng chảy (kẽm, nhôm, cadmium, gali), khả năng hấp phụ của chúng được xác định.

Lý thuyết điện mao dẫn giải thích cực đại trong phân cực. Sự phụ thuộc của độ ẩm, độ cứng và hệ số ma sát của điện cực vào điện thế của nó cũng đề cập đến hiện tượng mao dẫn điện.