
雙電層電容
雙電層理論是建立在近百年來電化學、量子力學的基礎上的,用來解釋電容的產生和性質。通過對雙電層概念的理解,我們可以發現雙電層的特點:第一,電荷在雙電層中的分布情況;第二,每層的厚度。本文將從以下兩方面來討論雙電層的特點。
第一個問題是,如何理解“二元體系”中的“二元”?第二個問題是,為什么加熱能夠增大雙電層的厚度?
“為什么加熱會增大雙電層的厚度呢?”可以說這是一個非常重要的問題,它不僅直接關系到理論本身的正確與否,而且還涉及到今后所要進行的許多研究工作,例如,實驗物理和理論物理都要使用雙電層理論。因此,很有必要對雙電層結構和電容的影響因素進行詳細的分析。根據“雙電層理論”,我們可以知道,對于電解質溶液,只要加熱,就會使濃度差變得更大,從而引起了正負離子在電極之間的擴散速度增大,同時造成電解質對自由電子的阻礙減小,因而,自由電子會迅速穿過電解質到達兩個電極表面。這樣就產生了一種新的現象——“空間電荷區”,其形狀、大小取決于電解質的組成和溫度。雙電層結構分析表明,“空間電荷區”是一種非穩態結構,當它消失之后,又會重新形成。當電解質濃度較低時,形成的“
空間電荷區”往往比較窄,因為這個時候,擴散速率比較低,而隨著濃度的增大,則會導致電荷在兩電極上的堆積程度增大,因此,“空間電荷區”將逐漸擴大。
電解質溶液也可以改變雙電層結構,這主要是因為電解質的離子半徑和價數等性質,隨著離子的遷移,它將會對雙電層結構帶來影響。所以,這里就存在著一個離子遷移能力的問題。溶液中所有的離子都具有相同的遷移能力。那些能夠向陰極運動的離子,總是占優勢。但是,從電荷遷移角度考慮,正離子的遷移速率會高于負離子,所以,負離子就會占優勢,這樣,電解質溶液也可以增大雙電層的厚度。此外,陽離子也可以通過同樣的機制對雙電層結構帶來影響,也就是說,只要電荷轉移速度足夠快,陰極表面附近也可以形成較大的“空間電荷區”。因此,我們可以看出,在很大程度上,雙電層的形狀和厚度是由電荷的轉移速率和它們在電極之間的堆積密度共同決定的。