
【化】 Stern double layer
apply; bestow; carry out; execute; grant; use
【醫】 apply
especially; special; spy; unusual; very
【化】 tex
favour; grace; kindness
double deck
施特恩雙層(Stern layer)是電化學中描述電極-電解質溶液界面電荷分布的雙層結構模型,由德國化學家奧托·施特恩(Otto Stern)于1924年提出。該模型将固液界面的電荷分布分為兩層:緊密層(Stern層)和擴散層(Gouy-Chapman層)。以下為詳細解釋:
結構組成
緊密層(Stern層)指吸附在電極表面的離子形成的單分子層,其厚度約為離子直徑大小(0.3-0.5 nm),電荷分布呈剛性排列。外側的擴散層中,離子受電場和熱運動共同作用,濃度隨距離衰減。這一模型修正了Gouy-Chapman理論中忽略離子尺寸的局限性。
物理意義與應用
施特恩雙層的建立解釋了界面電勢的分布規律(公式:$Psi(x) = Psi_0 e^{-kappa x}$,其中$kappa$為Debye參數)。該理論在電化學傳感器、超級電容器設計及膠體穩定性研究中具有關鍵作用,例如通過調節zeta電勢控制膠體顆粒團聚。
學術權威性支撐
該理論被收錄于經典電化學教材《Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications》(Bard & Faulkner, 2001)第12章,并在表面化學專著《Surface and Interfacial Forces》(Butt et al., 2018)中有拓展讨論。美國化學會(ACS)期刊《Langmuir》持續刊載相關前沿研究。
施特恩雙層(Stern double layer)是膠體化學中用于描述固液界面電荷分布的理論模型,由緊密層(施特恩層)和擴散層組成。以下是關鍵概念的詳細解釋:
施特恩層(緊密層)
靠近固體表面的離子因靜電作用被緊密吸附,形成固定排列的層狀結構。這一層的厚度通常為離子直徑級别,電勢隨距離表面快速下降。
施特恩面
該面是施特恩層與擴散層的假想分界面,其電勢略低于固體表面原始電勢,但顯著高于擴散層電勢。
擴散層
位于施特恩層外側,離子分布受熱運動影響呈逐漸分散狀态,電勢隨距離呈指數衰減。
滑移面(剪切面)
實際存在的分界面,位于施特恩層與擴散層之間。膠體顆粒移動時,滑移面内的離子隨顆粒運動,而外側離子保持靜止。此處的電勢稱為zeta電勢(或ξ電勢),是影響膠體穩定性和電泳行為的關鍵參數。
總電勢與zeta電勢的關系
雙電層總電勢指固體表面原始電勢,而zeta電勢是滑移面處的實際有效電勢。由于施特恩層的屏蔽效應,zeta電勢通常低于總電勢,但直接決定了膠粒的帶電表現。
意義:施特恩模型修正了早期Helmholtz模型的局限,通過引入擴散層解釋了離子熱運動的影響,更貼合實際體系的電動力學行為。這一理論廣泛應用于膠體穩定性分析、電泳技術等領域。
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