利用基于Gouy-Chapman模型的离子有效电荷定量表征离子特异性效应

离子特异性效应在固-液界面反应中是普遍存在的. 近期研究指出, 在较低电解质浓度的某些体系中, 离子特异性效应可能并非来源于色散力、经典诱导力、离子半径或水合半径的大小等, 而是界面附近强电场中的离子极化作用. 这种作用可使界面附近的吸附态反号离子被强烈极化(高达经典极化的10⁴倍). 强烈极化的结果将导致离子在界面附近受到的库仑力远远超过离子电荷所能产生的库仑力, 这体现在离子的有效电荷将远大于离子的实际电荷. 因此胶体体系中基于这种强极化的离子有效电荷可以用来定量表征离子特异性效应的强度. 本研究在蒙脱石-胡敏酸混合悬液凝聚过程中发现了Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cu²⁺四种离子的离子特异性效应, 提出了基于激光散射技术测定离子有效电荷的方法, 并成功获得了被强烈极化后的离子有效电荷数值. 实验测得的Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cu²⁺四种离子的有效电荷值分别为: Z_{Na(effective)}=1.46, Z_K(effective)=1.86, Z_{Ca(effective)}=3.92, Z_{Cu(effective)}=6.48.该结果表明: (1) 离子在强电场中的极化将大大提高离子的有效电荷, 从而极大地增强离子所受的库仑作用力;(2) 离子的电子层数越多, 离子极化越强烈, 离子的有效电荷增加越多.     

混合电解质溶液中考虑介电饱和度的表面电位评估原理

基于非线性泊松-玻尔兹曼方程，推导了混合电解质溶液中考虑介电饱和度的表面电位的解析表达式. 近似解析解和精确数值解计算出的表面电位在很大范围的电荷密度和离子强度条件下均具有很好的一致性. 当表面电荷密度大于0.30 C/m^{2 时，介电饱和度对表面电位的影响变得尤为重要；当表面电荷密度小于0.30 C/m2时，可忽略介电饱和度的影响，即基于经典泊松-玻尔兹曼方程可获得有效的表面电位解析模型. 因此，0.3 C/m2可作为是否考虑介电饱和度的颗粒临界表面电荷密度值. 在低表面电荷密度时，考虑介质饱和度的表面电位解析模型可自然回归到经典泊松-玻尔兹曼理论的结果，得到的表面电位可以正确地预测一价和二价反离子之间的吸附选择性.}     

利用基于Gouy-Chapman模型的离子有效电荷定量表征离子特异性效应

离子特异性效应在固-液界面反应中是普遍存在的.近期研究指出,在较低电解质浓度的某些体系中,离子特异性效应可能并非来源于色散力、经典诱导力、离子半径或水合半径的大小等,而是界面附近强电场中的离子极化作用.这种作用可使界面附近的吸附态反号离子被强烈极化(高达经典极化的104倍).强烈极化的结果将导致离子在界面附近受到的库仑力远远超过离子电荷所能产生的库仑力,这体现在离子的有效电荷将远大于离子的实际电荷.因此胶体体系中基于这种强极化的离子有效电荷可以用来定量表征离子特异性效应的强度.本研究在蒙脱石-胡敏酸混合悬液凝聚过程中发现了Na+、K+、Ca2+、Cu2+四种离子的离子特异性效应,提出了基于激光散射技术测定离子有效电荷的方法,并成功获得了被强烈极化后的离子有效电荷数值.实验测得的Na+、K+、Ca2+、Cu2+四种离子的有效电荷值分别为:ZNa(effective)=1.46,ZK(effective)=1.86,ZCa(effective)=3.92,ZCu(effective)=6.48.该结果表明:(1)离子在强电场中的极化将大大提高离子的有效电荷,从而极大地增强离子所受的库仑作用力;(2)离子的电子层数越多,离子极化越强烈,离子的有效电荷增加越多.     

Generalized Poisson-Boltzmann Equation Taking into Account Ionic Interaction and Steric Effects

Generalized Poisson-Boltzmann equation which takes into account both ionic interaction in bulk solution and steric effects of adsorbed ions has been suggested.We found that,for inorganic cations adsorption on negatively charged surface,the steric effect is not significant for surface charge density 0.0032 Cdm 2,while the ionic interaction is an important effect for electrolyte concentration 0.15 moll in bulk solution.We conclude that for most actual cases the original PB equation can give reliable result in describing inorganic cation adsorption.