扩散双电层结构示意图

扩散双电层：胶体化学与界面科学的核心概念

在胶体化学与界面科学中，扩散双电层是一个核心概念，它描述了带电表面与周围溶液之间的电荷分布。让我们深入其结构示意图的关键组成部分。

一、带电固体表面

示意图的核心是带电荷的固体表面，如胶体粒子、电极等，表面电荷（例如正电荷）用“+”或“−”符号表示。

二、斯特恩层

紧贴固体表面的第一层是反离子（与表面电荷相反的离子），它们通过静电吸引紧密吸附在表面上。这一层的离子排列紧密，几乎固定不动，形成了所谓的“固定层”。斯特恩层与表面之间的电势被称为斯特恩电势（Ψstern）。

三、扩散层

在斯特恩层之外，反离子和同离子的浓度随着距离的增加逐渐变化。这一层的离子分布遵循玻尔兹曼分布。随着远离表面，反离子的浓度逐渐降低，最终与溶液本体的浓度相一致。扩散层的厚度（德拜长度）受到离子浓度和价态的影响：离子浓度越高或价态越高，扩散层越薄。

四、剪切面

当带电粒子在溶液中移动时，溶液与粒子表面的相对运动发生在剪切面。剪切面外的电势称为Zeta电势（ζ），它是实际可测量的参数，对胶体的稳定性、电泳速度等有着重要影响。

五、电势随距离的变化

从表面电势（Ψ₀）到溶液本体，电势经历了一个从高到低的过程。在斯特恩层内，电势迅速下降至Ψstern，随后在扩散层中逐渐衰减至零（溶液本体电势）。

离子分布在示意图中的表现是：反离子在斯特恩层密集，随着向外的扩散逐渐稀疏，而同离子的浓度则在扩散层中逐渐升高。电势曲线则呈现出从表面到溶液本体指数衰减的趋势。德拜长度（λD）作为扩散层有效厚度的标志，其计算公式包含了离子强度、电荷量、介电常数和温度等多个参数。

这一概念在实际应用中有着广泛的作用。例如，在胶体稳定性方面，Zeta电势的绝对值越大，胶体越稳定，不易发生聚沉。电泳现象中带电粒子在电场中的迁移速率也与Zeta电势密切相关。界面现象，如电容、吸附、润湿等行为，也能通过扩散双电层理论来解释。

若需绘制示意图，可结合以下元素：带正电的表面、紧密的斯特恩层（显示反离子）、扩散层（逐渐降低的离子密度）、电势衰减曲线的箭头标注以及剪切面位置和Zeta电势的标注。