Гуй -Чэпмен теориясы

Бір-біріне байланыссыз Гуй (1910 ж.) жә не Чэпмен (1913 ж.) қ арсы иондардың диффузиялық қ абаты болатын қ ос электрлік қ абаттың теориясын жасады. Бұ л теория Гельмгольц-Перрен теориясының кемшіліктерін еске ала отырып кө птеген нә рселерді тү сіндірді. Гуй-Чэпмен теориясы бойынша қ арсы иондар фазалар арасында бір қ абат жасап жиналмайды, олар фазалар арасынан белгілі бір қ ашық тық та бү кіл сұ йық тық қ а таралғ ан. Бұ ның себебі қ арсы иондарғ а екі тү рлі кү ш ә сер ететіндіктен. Біріншісі – оларды бетке тартатын электрлік кү ш болса, екіншісі – оларды бү кіл сұ йық тық қ а тарататын иондардың жылуық қ озғ алысынан болатын диффузиялық кү ш.

Ә рине, фазалар арасында электр ө рісінің ә сері кү шті. Фазаарлық шекарадан қ ашық тағ ан сайын оның ә сері нашар болады. Ендеше қ арсы иондардың концентрациясы да фазааралық шекарадан қ ашық тағ ан сайын азая бастайды. Белгілі бір қ ашық тық та олардың концентрациясы ерітіндінің бү кіл кө леміндегі концентрациясына тең болады, міне осындай иондардың жылулық қ озғ алысының нә тижесінде қ арсы иондардың тепе-тең дік диффузиялық қ абаты болады екен.

Гуй-Чэпмен жасағ ан қ ос электрлік қ абаттың қ ұ рылысы мен ол қ абаттағ ы потенциалдың кемуі сұ лбалық тү рде 4.13-суретте кө рсетілген. Бұ л сұ лбадан потенциалдың тү зу сызық ты емес, қ исық сызық ты тү рде кемитіндігін кө руге болады. Беттік зарядтарының концентрациясы неғ ұ рлым кө п болса соғ ұ рлым потенциал жылдам кемиді, ал компенсация жасайтын қ арсы ионның аз жағ ында оның кемуі де баяу болады. Диффузиялық қ абат карсы иондардың жылулық қ озғ алысынан болатындық тан абсолюттік 0 температурасында барлық қ арсы иондар бетке жақ ын бір қ абатқ а орналасады деп қ арастыруғ а болады. Ендеше Гельмгольц-Перреннің теориялық тү сініктерін Гуй-Чэпменнің дербес жағ дайы деп қ арастыруғ а болады.

Иондардың тепе-тең дікте (орналасуы) бө лінуі атмосферадағ ы газдардың салмақ кү шінің ә серінен тепе-тең дікте орналасуына ұ қ сас. Тек гравитациалық ө ріс молекулалардың орналасуына байланыссыз, ал ол қ ос электрлік ө ріс иондарының орналасуына байланысты болады. Бұ нда қ арсы иондардың зарядталғ ан беттегі саны беттен ерітіндіге қ ашық тағ ан сайын Больцман заң ы бойынша азаяды да, ал потенциал анық тағ ыш иондардың саны керісінше сол заң бойынша кө бейеді. Гуй-Чэпмен теориясы бойынша электркинетикалық қ ұ былыстарды тү сіндіріп кө рейік. Бұ л теория бойынша қ атты жә не сұ йық фазалар қ озғ алғ андағ ы жылжу (сырғ у) жазық тығ ы фазаларының шекарасында емес, одан белгілі бір ∆ қ ашық тығ ында болады. Бұ л жердің потенциалы сұ йық ортаның потенциалынан ә лдеқ айда жоғ ары. Ендеше осы сұ йық ортаның потенциалының айырмасы диффузиялық қ абаттың зарядына тең. Міне осы потенциал электрфорез, иә электросмос кезінде фазалардың тасымалдауын анық тайды, яғ ни электркинетикалық қ ұ былыстарды тудырады. Бұ дан осы электркинетикалық потенциалдың (кейде оны ξ -потенциал деп те атайды) жалпы потенциалдың бір бө лігі екені кө рініп тұ р. Ендеше электркинетикалық потенциалдың жалпы потенциалдан ө згеше жә не оғ ан тең болмайтындығ ын оң ай тү сінуге болады. Гуй-Чэпмен теориясы осы екі потенциалғ а ә ртү рлі факторлардың ә рқ алай ә сер ететіндігін де тү сіндіреді. Индифферентік электролиттің жалпы жә не электркинетикалық потенциалдарғ а ә серін қ арастырайық. Индифферентік электролитті жү йеге енгізгенде жалпы потенциал ө згермейді. Ал оның электркинетикалық потенциалғ а ә сері басқ аша. Потенциал анық тағ ыш иондарды компенсациялау ү шін эквивалентті тү рде қ арсы иондардың болуы керек, ендеше жү йеге енгізген индифферентік электролиттің концентрациясы кө бейген сайын, қ ос электрлік қ абаттың қ алың дығ ы кемиді (азаяды), басқ аша бұ ндай жағ дайды қ ос электрлік қ абаттың қ ысылуы деп атайды. Ендеше электркинетикалық потенциалдың мә ні ө згереді.

ξ -потенциалының жү йеге индифференттік электролитті енгізудегі (ә ртү рлі мө лшерде) ө згеруі 4.14-суретте кө рсетілген. Бұ ндай индифференттік электролиттің белгілі бір жоғ ары концентрациясында қ ос электрлік қ абат қ ысылып моноиондық қ абатқ а айналады екен, яғ ни қ ос электрлік қ абатымыз Гельмголыд-Перрен қ абатына айналады екен. Осығ ан сә йкес, яғ ни индифферентік электролиттің концентрациясы ө скен сайын ξ -потенциалының мә ні азайып, ал қ ос қ абат Гельмгольц-Перрен қ абатына айналғ анда ξ -потенциалының мә ні 0 -ге тең болады екен.