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表面电荷
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'''表面电荷'''即在界面处存在的电荷。有很多过程可以使表面带电,比如离子吸附、质子化或去质子化、表面的[[官能团|化学基团]]发生电离、外加电场。表面电荷会产生电场,使粒子之间有排斥或吸引的相互作用,这是很多[[胶体]]性质的成因。
物体处于流体中一般都会带上电荷。几乎所有的流体都会含有离子,包括正离子(阳离子)和负离子(阴离子),离子与表面会有相互作用,导致有离子吸附到物体表面。
表面电荷密度定义为电荷数目, q,与表面的面积, A,之比:
:<math>\sigma=\frac{q}{A}</math>
其中,<math>E</math>为导体的电荷产生的电场,<math>\epsilon_0</math>为[[真空]]介电常数。该关系只对无限大导体表面成立,或距导体无限小处成立。
===胶体===
| [[碳化硅]] (alpha) || SiC || 2-3.5Lewis, JA (2000). 'Colloidal processing of ceramics', ''Journal of the American Ceramic Society'' vol. 83, no. 10, pp.2341-2359. Retrieved 30 May 2011
|-
|[[二氧化锰]] || MnO<sub>2</sub> || 4-5
|-
|[[氮化硅]] || Si<sub>3</sub>N<sub>4</sub> || 6-7Jolivet J.P., ''Metal oxide chemistry and synthesis. From solution to solid state'', John Wiley & Sons Ltd. 2000,ISBN 0-471-97056-5 (English translation of the original French text, ''De la solution à l'oxyde'', InterEditions et CNRS Editions, Paris, 1994). Retrieved 30 May 2011
| [[一氧化二铊]] || Tl<sub>2</sub>O || 8Kosmulski M and Saneluta C (2004). 'Point of zero charge/isoelectric point of exotic oxides: Tl2O3', ''Journal of Colloid and Interface Science'' vol. 280, no. 2, pp. 544-545. Retrieved 30 May 2011
|-
| [[氧化铜]]|| CuO|| 9.5
|-
|[[一氧化镍]] || NiO || 10-11
浸于[[电解质溶液]]中的表面往往带有电荷,常见的机制是离子吸附。
表面的[[化学]]基团如果含氧原子或氮原子,在水溶液中可能发生质子化或去质子化,使表面带上电荷,此时,表面带电受溶液中pH值的影响。在某一pH值时,表面静电荷为零,这一pH值叫做零电荷点(point of zero charge,PZC)。一些常见物质的零电荷点列于左边表格中。
双电层模型是赫尔曼·冯·亥姆霍兹最早引入的。亥姆霍兹模型假设,溶液中只有[[电解质]],[[电极]]附近没有化学反应,离子与电极之间只有静电相互作用,因为电极上带有电荷。为了使界面呈电中性,要求电极表面附近,离子有特别的分布,形成一层电荷,中和电极表面上的电荷。离子与电极之间的距离,最小为离子的半径加上离子的溶剂化球半径。即亥姆霍兹模型等价于一平面电容器,两平面之间电势与二者间距呈[[线性关系]]。
亥姆霍兹模型是描述带电界面的基础,有几个重要因素没有考虑:离子的扩散与混合、离子可能的吸附、溶剂偶极矩与电极之间的相互作用。
===古依-恰普曼模型===
古依-恰普曼理论描述了静态表面电荷对表面电势的影响。
:<math>
如果排斥力被减弱,比如加入盐或[[高分子]]链,胶体粒子可能不会保持悬浮,会发生絮凝。
===动电现象===
动电现象指双电层造成的各种效应,一个突出的例子是[[电泳]],悬浮在介质中的带电粒子在外加电场驱动下运动。
===蛋白质===
蛋白质是带电的[[生物分子]],带电情况对溶液中pH值非常敏感。[[酶蛋白]]和[[跨膜蛋白]]的活性依赖于带电情况,蛋白质[[活性位点]]必须有合适的表面电荷,才能与具体基底结合。
http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/bi00078a024