возникновение двойного электрического слоя
При контакте расплавленных металла и шлака возникновение двойного электрического слоя происходит следующим образом. Ионы, содержащиеся в металле и шлаке, при соприкосновении фаз стремятся перейти из одной фазы в другую, и переход этот определяется различием энергий связи частицы с обеими фазами. Однако переход частиц приведет к нарушению электронейтральности обеих фаз, а так как в проводниках избыточные заряды выталкиваются на поверхность, то на границе раздела металл – шлак появится двойной электрический слой и возникнет связанный с ним скачок потенциала.
Величина межфазного натяжения в общем случае определяется энергией химических связей поверхностных частиц одной фазы с частицами другой, силами Ван-дер-Ваальса, а также электростатическим взаимодействием избыточных зарядов в двойном слое. Следовательно, изменяя потенциал металла с помощью внешнего электрического поля, можно изменить и величину межфазного натяжения.
Изменение границы между соприкасающимися фазами с применением потенциала межфазного натяжения при поляризации и составляет суть электрокапиллярных явлений. Зависимость между величиной межфазного натяжения на границе жидкий металл – электролит и потенциалом поверхности жидкого металла называется электрокапиллярной кривой.
Однако уравнение справедливо лишь для систем, в которые входят расплавленные соли или водные растворы, характеризующиеся незначительным переходом частиц через границу раздела. При поляризации металла, находящегося в контакте с оксидным расплавом, обычно изменяется не только потенциал, но и концентрация ионов в приэлектродных слоях. Поскольку взаимная растворимость фаз в этом случае весьма значительна, о чем свидетельствуют большие (до 1000 А/см2) значения токов обмена между металлом и оксидным расплавом, изменение концентрации ионов существенно влияет на величину межфазного натяжения. Это подтверждается, в частности, повышенной чувствительностью формы электрокапиллярной кривой к концентрации частиц, отличающихся высокой поверхностной активностью на межфазной границе.
В силу этого при описании электрокапиллярных кривых в системах с оксидными расплавами следует пользоваться уравнением, где т - общее число компонентов в системе; k - число компонентов, равновесие которых смещается с потенциалом; Tt - адсорбция i-го компонента на межфазную границу со стороны соответственно металла и электролита.
В уравнении выражение в квадратных скобках представляет собой адсорбцию компонентов, равновесие которых смещается с потенциалом, а последнее слагаемое учитывает адсорбцию компонентов, равновесие которых не связано с поляризацией. Поскольку в системах с оксидными расплавами изменение величины межфазного натяжения в значительной мере зависит от наличия в приэлектродных слоях поверхностно-активных компонентов, форма электрокапиллярных кривых для таких систем обычно отличается от параболической.
Следует отметить, что электрокапиллярные явления, очевидно, должны играть заметную роль при дуговой сварке с применением флюса, при сварке покрытыми электродами и электрошлаковых процессах, поэтому изучение этих явлений представляет особый интерес.
Еще по теме:
свободная поверхностная энергия
различие в поведении смачивающей и несмачивающей
жидкостей
изменение величины поверхностного натяжения
возникновение двойного электрического слоя
поверхностные свойства металлических
расплавов