The diffuse electric double layer (The diffuse double layer)

溶胶粒子带电，这些电荷的主要来源是从水溶液中选择性地吸附某种离子：吸附正电荷离子胶粒带正电，吸附负电荷离子带负电，由于整个溶液需维持电中性，因此还应有等量的反离子存在(带相反电荷的离子)。反离子在溶液中受到两个方向相反的作用：1.胶体粒子表面被吸附的离子的引力，力图将它们拉向接口；2.离子本身的热运动，使它离开接口而扩散到溶液中去，其结果会使反离子在胶粒表面外呈平衡分布：靠近界面处反离子浓度大些；随着与接口距离的增大，反离子由多到少，形成扩散分布。如此一来，若以MN代表粒子的平表面，则胶体粒子周围分别有相同与相反的电荷包围，以带负电的胶体粒子为例，颗粒的外围将吸附一层高电荷密度的正电荷离子，并参杂少数负电荷离子，此层称为固定层；固定层以外，愈往外拉大距离，正电荷将逐渐减少，负电荷则持续增加，直到接口负电荷电力所不及处，正负电荷两者所构成的净电位为零，这个区域称为扩散层；此二层称为Gouy-Chapman双电层或diffuse electric double layer(中译为扩散电双层、电双层或扩散双电层)。电双层的厚度随溶液中离子浓度和电荷数而不同。

实验证明，溶胶粒子在电场下与溶液发生相对移动时，分接口不是在固液接口MN处，而是有一层液体牢固地附在固体表面，并随表面运动。按电泳算出的就是此滑动面上的电势，称电动电势或 ζ-电势。

ζ-电势除受决定电势的离子浓度影响外，还与溶液中其它电解质的浓度有关。当电解质浓度增加时，扩散层被压缩、变薄，减低了斥力电位，因而使能障降低，在特定距离内颗粒间的合力可为吸引力，因而可增加凝聚的速度；同时某些具有特异性吸附能力的离子加入后，还可使 ζ-电势符号改变。一般来说，反离子进入吸附层越多，ζ-电位越小，吸附层水化膜变薄，胶体越不稳定。

整个扩散电双层理论这个概念最早源于电化学的等电容模式，1853年Helmholtz 针对胶体悬浮系统的研究中，设想一个等电容模式分离阴离子和阳离子来解释界面胶体粒子与电解质之间的性质。透过电极表面上电荷分布的情形，Helmholtz认为溶液中之阳离子会因电极表面带负电，形成类似平行板电容器之界面。1910年Gouy与1913年Chapman提出电荷扩散区模式的推演并改进了Helmholtz的学说。此后一个世纪以来一直有许多新的学说和模型来修正扩散电双层理论。此一理论也为影响近代电化学、胶体化学与表面化学等现象探讨非常重要的学说。 以胶体化学而言，自然界经常存在的溶液相环境，当中颗粒与水相之间的接口便时常受到此一扩散电双层的影响。以土壤溶液为例，扩散电双层的厚度会受到介电常数、溶液离子浓度、溶液中离子价等参数影响，当溶液之离子浓度提高、离子价增加、或介电常数减小时，粘土的扩散电双层厚度将减小。此部分常牵涉到黏土颗粒是否产生Flocculated structure的问题，当Flocculated structure产生，黏土之渗透系数增加，将导致黏土失去原来截留污染物的效能。因此扩散电双层的效应也可直接影响到物质在自然界中的传输。