任何两界面都存在着界面张力,电极/溶液界面也不例外。但对于电极体系来说,界面张力不仅与界面层的物质组成有关,而且与电极电位有关。这种界面张力随电极电位变化的现象叫做电毛细现象。界面张力与电极电位的关系曲线叫做电毛细曲线。 通常用
毛细管静电计测取
液态金属电极的电毛细曲线。由于界面张力的作用汞与溶液的接触面形成弯月面。假定毛细管壁被溶液完全润湿,则界面张力σ与汞柱高度h成正比。
根据电毛细现象,可以解释为什么电极电势常能影响电极表面的某些性质,如溶液对电极表面的润湿能力、电极上气泡的附着情况、电极的表面硬度以及溶液中电极与涂料和粘结剂之间的粘合能力等。通过调节电极电势和采用适当的界面活性物质(易于在界面上吸附的物质),可以人为地控制这类界面性质。
式中S为熵;V为体积;A为
面积;ni为
分子数;σ为界面自由能;μi为i粒子的化学势。当温度T和压力 p不变时上式简化为:
① 在保持溶液组成不变时,测量界面张力随电极电势的变化,为此常采用
毛细管静电计。此时上式简化为:
此式称为李普曼公式。据此可以利用电毛细曲线,即σ-E 关系曲线(见图)的斜率来计算电极表面上的过剩电荷密度。例如在σ-E 曲线的最高点所反映的q值为0,与此相应的电极电势称为零电荷电势Ez。在Ez左侧的电势区域内而q>0,即电极上带有正的过剩电荷。同理,在Ez右侧的电势区域内
② 当电极电势不变时,测定溶液中某一组分浓度变化所引起的界面张力变化,然后按下式计算该组分相对于溶剂分子的界面吸附量: 式中R为气体常数;T为
热力学温度;ci为浓度。此式主要用来测定分子的吸附量。由于不可能单独改变某一离子的浓度和化学势,计算离子吸附量的公式要复杂一些。