Elektrisk dobbeltlag
En negativt ladet partikkel i en løsning bestående av ulike typer ioner vil føre til at det dannes et elektrisk dobbeltlag. I løsningen ved grenseflaten vil molekyler og ioner adsorberes. Sternflaten (markert med sternlag i figuren) defineres gjerne som en avstand på diameteren av et ion fra den ladede overflaten. Slippflaten eller det diffuse laget er der sternlaget slutter. Her er ionene ikke lenger kjemisk bundet til partikkelen, og kan derfor bevege seg fritt i løsningen. Alle ionene utenfor slippflaten hører til diffuslaget. Potensialet i slippflaten kalles zeta-potensialet.
Av .
Lisens: CC BY SA 3.0

Elektrokjemisk dobbeltlag er et lag av elektrisk ladde partikler som oppstår på hver side av grenseflaten mellom et elektrisk ladet materiale og en elektrolytt, for eksempel på elektrodene i et batteri. Det innerste laget består av ladninger på den faste overflaten, slik at de ikke kan bevege seg fritt, men følger med overflaten. Dette laget er svært tynt og består i hovedsak av én type ladning. Ladningene i det andre laget i elektrolytten er bevegelige, og dette laget består av både positive og negative ladninger i tillegg til adsorberte molekyler og ioner.

Faktaboks

Uttale
elektrokjˈemisk dobbeltlag
Også kjent som

elektrisk dobbeltlag

Betydning i elektrokjemi

Dobbeltlag vil dannes ved plassering av en elektrode i en elektrolytt, feks i et batteri eller en elektrolysecelle. Innføringen av en ny fase, fører til en indre potensialforskjell mellom elektrolytten og elektroden. I eksempelet ovenfor vil den nye fasen være elektroden, mens elektrolytten kan være vann. Denne indre potensialforskjellen fører til at det dannes et elektrisk felt. Ioner og dipoler i elektrolytten tiltrekkes den ladede overflaten, og det dannes et elektrisk dobbeltlag. I batterier og elektrolysebad går det elektrisk strøm i en ekstern krets mellom to elektroder, mens ioner vandrer mellom elektrodene i løsningen. Dobbeltlaget i elektrokjemiske systemer kan sammenlignes med en elektrisk kondensator, og kjennetegnes av en såkalt dobbeltlagkapasitans som måles i mikrofarad/cm2 (μF/cm2). Elektrokjemisk dobbeltlag er spesielt viktig for elektrokinetiske fenomen som elektroosmose og elektroforese.

Utvikling av en modell

Hermann von Helmholtz var den første som beskrev det elektriske dobbeltlaget i 1879. Han kom frem til at en ladet elektrode frastøter ioner av samme ladning og tiltrekker ioner av motsatt ladning. Overflateladningene i elektroden vil derfor tiltrekke seg et lag av ioner fra løsningen med motsatt ladning. Han innså også at dette laget oppfører seg som en kondensator, og har en tilhørende kapasitans. Han så for seg at et kompakt lag med ioner ville nøytralisere overflateladningen fra elektroden, og at potensialet derfor synker lineært vekk fra elektroden.

Louis Georges Guoy og David Leonard Chapman observerte at kapasitansen var avhengig av konsentrasjonen av ioner, og lagde en modell hvor ionene var tiltrukket av overflaten gjennom elektrostatiske coulombkrefter. Potensialet i væsken avhenger av ladningsfordelingen, som påvirkes av overflateladningen. Dette potensialet synker eksponentielt vekk fra overflaten og ionene er ikke festet til overflaten i like stor grad, men kan bevege seg fritt i løsningen.

Guoy-Chapman-modellen feiler for svært høye ionekonsentrasjoner. I 1924 kombinerte Otto Stern modellene til Helmholtz og Guoy/Chapman. I Sterns modell dannes et lag med en tykkelse på noen få atomer, avhengig av hvor sterk overflateladningen er. Dette laget adsorberes på overflaten ved hjelp av kjemiske intermolekylære bindinger, slik som i Helmholtz’ modell. Laget kalles i dag sternlaget. Utenfor dette laget er et diffust Guoy-Chapman-lag med ioner av begge typer ladninger. Disse ionene interagerer med overflaten kun gjennom svakere coulombkrefter. Dette gjør at ionene kan bevege seg fritt i forhold til den ladde overflaten, og laget kalles derfor diffuslaget. Sterns modell brukes fortsatt i dag til å beskrive det elektriske dobbeltlaget, selv om flere har forbedret modellen i ettertid. I vandige løsninger er det vanligvis vannmolekyler og anioner som adsorberes til elektroder.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

eller registrer deg