
【化】 Stern double layer
apply; bestow; carry out; execute; grant; use
【医】 apply
especially; special; spy; unusual; very
【化】 tex
favour; grace; kindness
double deck
施特恩双层(Stern layer)是电化学中描述电极-电解质溶液界面电荷分布的双层结构模型,由德国化学家奥托·施特恩(Otto Stern)于1924年提出。该模型将固液界面的电荷分布分为两层:紧密层(Stern层)和扩散层(Gouy-Chapman层)。以下为详细解释:
结构组成
紧密层(Stern层)指吸附在电极表面的离子形成的单分子层,其厚度约为离子直径大小(0.3-0.5 nm),电荷分布呈刚性排列。外侧的扩散层中,离子受电场和热运动共同作用,浓度随距离衰减。这一模型修正了Gouy-Chapman理论中忽略离子尺寸的局限性。
物理意义与应用
施特恩双层的建立解释了界面电势的分布规律(公式:$Psi(x) = Psi_0 e^{-kappa x}$,其中$kappa$为Debye参数)。该理论在电化学传感器、超级电容器设计及胶体稳定性研究中具有关键作用,例如通过调节zeta电势控制胶体颗粒团聚。
学术权威性支撑
该理论被收录于经典电化学教材《Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications》(Bard & Faulkner, 2001)第12章,并在表面化学专著《Surface and Interfacial Forces》(Butt et al., 2018)中有拓展讨论。美国化学会(ACS)期刊《Langmuir》持续刊载相关前沿研究。
施特恩双层(Stern double layer)是胶体化学中用于描述固液界面电荷分布的理论模型,由紧密层(施特恩层)和扩散层组成。以下是关键概念的详细解释:
施特恩层(紧密层)
靠近固体表面的离子因静电作用被紧密吸附,形成固定排列的层状结构。这一层的厚度通常为离子直径级别,电势随距离表面快速下降。
施特恩面
该面是施特恩层与扩散层的假想分界面,其电势略低于固体表面原始电势,但显著高于扩散层电势。
扩散层
位于施特恩层外侧,离子分布受热运动影响呈逐渐分散状态,电势随距离呈指数衰减。
滑移面(剪切面)
实际存在的分界面,位于施特恩层与扩散层之间。胶体颗粒移动时,滑移面内的离子随颗粒运动,而外侧离子保持静止。此处的电势称为zeta电势(或ξ电势),是影响胶体稳定性和电泳行为的关键参数。
总电势与zeta电势的关系
双电层总电势指固体表面原始电势,而zeta电势是滑移面处的实际有效电势。由于施特恩层的屏蔽效应,zeta电势通常低于总电势,但直接决定了胶粒的带电表现。
意义:施特恩模型修正了早期Helmholtz模型的局限,通过引入扩散层解释了离子热运动的影响,更贴合实际体系的电动力学行为。这一理论广泛应用于胶体稳定性分析、电泳技术等领域。
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