【Grundlagen 9】Was ist die Doppelschicht? (Wettbewerb mit Preisen)

Das Innere der Teilchen wird als Teilchennukleus bezeichnet. Er trägt in der Regel eine negative Ladung und bildet so eine Schicht von Negativionen – also die sogenannte Potentialionschicht. Außerhalb dieses Kerns entsteht aufgrund der elektrischen Anziehungskraft eine Schicht von Positivionen – die sogenannte Gegenionschicht, die wiederum aus einer inaktiven Ionschicht sowie einer Diffusionszone besteht. Beides zusammen wird als Doppelschicht bezeichnet: Die erste Schicht besteht aus Ionen, die direkt an der Oberfläche adsorbiert sind; die zweite Schicht ist die Diffusionszone, die durch elektrostatische Kräfte entsteht.

Im Inneren der Teilchen befindet sich in der Regel eine negative Ladung, die eine negative Ladenschicht bildet. Außenhalb entsteht aufgrund der elektrischen Eigenschaften der Lösung eine positive Ladeschicht – dies wird als Doppelschicht bezeichnet. Die erste Schicht sind die an der Oberfläche adsorbierten Ionen. Die zweite Schicht ist die Diffusionsschicht, die durch elektrostatische Anziehung wirkt.

Wenn zwei verschiedene Phasen miteinander in Berührung kommen, entsteht zwischen den beiden Phasen eine Spannung – und das aufgrund der Ladungstrennung. Beide Phasen weisen einen Überschuss an Ladung auf; die Größe der Ladungen ist gleich, doch die Vorzeichen sind entgegengesetzt. Dadurch entsteht eine Anziehungskraft zwischen den Phasen, wodurch eine Doppelschicht entsteht.

Bitte erklären Sie, was eine Doppelschicht ist Wenn die Oberfläche der Minerale an der Feststoff-Flüssigkeits-Grenze geladen wird, ziehen die elektrostatischen Kräfte Ionen mit entgegengesetztem Ladungszustand aus der wässrigen Lösung an. Dadurch entsteht auf beiden Seiten der Feststoff-Flüssigkeits-Grenze eine doppelte Schicht mit entgegengesetzten Ladungen – das wird als Doppelschicht bezeichnet.

Doppelschichttheorie: Die elektrostatischen Kräfte des Kolloidkerns ziehen die Gegenionen aus der Lösung an seine Umgebung. Aufgrund der elektrostatischen Anziehungskraft der Gelpol-Gradient-Ionen sowie der Diffusion durch die thermische Bewegung der Gegenionen und der Hydratisierung der Gegenionen durch die Lösung nimmt die Konzentration der Gegenionen mit zunehmender Entfernung zur Festkörperoberfläche allmählich ab. Die Verteilung folgt dabei der Boltzmann-Verteilung. Der deutsche Wissenschaftler W. Nernst lieferte eine gute Erklärung für den Entstehungsmechanismus des Elektrodenpotenzials. Er ist der Ansicht, dass, wenn ein Metall in seine Salzlösung eingebracht wird, die Kationen auf der Metalloberfläche unter dem Einfluss der polaren Wassermoleküle dazu neigen, zu solvatisierten Ionen zu werden, die in die Lösung gelangen, während die Elektronen auf der Metalloberfläche zurückbleiben. Je aktiver das Metall ist und je geringer die Konzentration der Kationen in der Lösung ist, desto stärker ist diese Tendenz. Gleichzeitig neigen die Metallionen in der Lösung dazu, sich von der Lösung auf die Metalloberfläche abzuscheiden. Je höher die Konzentration der Metallionen in der Lösung ist und je weniger reaktiv das Metall ist, desto stärker ist diese Neigung. Wenn die Geschwindigkeiten der beiden entgegengesetzten Prozesse – der Auflösung und der Ablagerung – gleich sind, wird ein dynamisches Gleichgewicht erreicht. Wenn die Neigung des Metalls zur Auflösung größer ist als seine Neigung zur Ablagerung von Metallionen, dann trägt die Oberfläche des Metalls eine negative Ladung. In der Nähe der Metalloberfläche hat die Lösung hingegen eine positive Ladung. Dadurch entsteht eine „Doppelschicht“. Im Gegensatz dazu entsteht, wenn die Neigung zur Ablagerung größer ist als die Neigung zur Auflösung, eine positive Ladenschicht auf der Oberfläche des Metalls. Die Lösung in der Nähe des Metalls trägt dann eine negative Ladung. Da bei Erreichen des Gleichgewichts zwischen Auflösung und Ablagerung eine Doppelschicht entsteht, entsteht auch ein Potenzialunterschied. Dieser Potenzialunterschied wird als Gleichgewichtspotenzial der Elektrode bezeichnet – auch als reversibles Elektrodenpotenzial. Je unterschiedlicher die Aktivität eines Metalls ist, desto unterschiedlicher ist auch sein Elektrodenpotential. Daher kann das Elektrodenpotential zur Messung der Fähigkeit eines Metalls verwendet werden, Elektronen abzugeben.

Wenn zwei verschiedene Phasen miteinander in Berührung kommen, entsteht zwischen den beiden Phasen eine Spannung – und das aufgrund der Ladungstrennung. Beide Phasen weisen einen Überschuss an Ladung auf; die Größe der Ladungen ist gleich, doch die Vorzeichen sind entgegengesetzt. Dadurch entsteht eine Anziehungskraft zwischen den Phasen, wodurch eine Doppelschicht entsteht. 　　An der Phasengrenze zwischen dem Metall der Elektrode und dem Elektrolyten besteht ein Potential, wodurch ebenfalls eine Doppelschicht entsteht. Die Gesamtdicke dieser Doppelschicht beträgt in der Regel etwa 0,2–20 Nanometer. Der metallische Anteil der Elektroden ist ein guter Leiter; die überschüssige Ladung konzentriert sich an der Oberfläche ； Der Widerstand des Elektrolyten ist groß; die überschüssigen Ladungen liegen nur teilweise direkt an der Phasengrenze – das wird als kompakte Doppel Schicht bezeichnet ； Der verbleibende Teil befindet sich in einem dispersen Zustand – man bezeichnet dies als diffuses Doppelbett ； Falsch übersetzt als „Diffusionslayer“. Die wesentlichen Schritte der Elektrodenreaktion – nämlich die Aktivierungsphase – müssen in der engen Schicht stattfinden. Auch der Adsorptionsprozess, der die Elektrodenreaktion beeinflusst, findet in der Doppelschicht statt. Daher ist die Erforschung der Struktur der Doppelschicht sowohl für die Theorie als auch für die Praxis der Elektrochemie von großer Bedeutung. 　　Die Oberfläche des Kolloidkerns ist mit einer Schicht von Ionen bedeckt – es handelt sich dabei um Potenzialionen. Durch die elektrostatische Anziehung ziehen diese Potenzialionen Ionen mit entgegengesetzter Ladung in die Umgebung des Kolloidkerns. Die angezogenen Ionen werden Gegenionen genannt. Ihre Gesamtladung ist gleich groß wie die der Potenzialionen, hat jedoch das entgegengesetzte Vorzeichen. So entsteht in der Grenzflächenzone zwischen den Phasen des Mediums um den Gummikern die sogenannte Doppelschicht.

Im Inneren der Teilchen befindet sich in der Regel eine negative Ladung, die eine negative Ladenschicht bildet. Außerhalb der Teilchen entsteht aufgrund der elektrischen Eigenschaften der Lösung eine positive Ladeschicht – diese wird als Doppelschicht bezeichnet. Die erste Schicht sind die an der Oberfläche adsorbierten Ionen. Die zweite Schicht ist die Diffusionsschicht, die durch elektrostatische Kräfte anhaftet.

Richtige Antwort: Wenn ein Metall in eine Elektrolytlösung getaucht wird, interagieren die Atome an seiner Oberfläche mit den polaren Wassermolekülen sowie den Elektrolytionen in der Lösung. Dadurch entstehen an der Grenzfläche zwischen dem Metall und der Lösung Strukturen mit entgegengesetzten Ladungen.