विद्युत द्वि-परत

विद्युत द्वि-परत पृथक आवेश का नैनोमीटर-स्केल क्षेत्र है जो एक इलेक्ट्रोड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस पर बनता है, आवेश को संग्रहीत करता है और विभव वितरण को आकार देता है जो इलेक्ट्रोड प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित करता है।

Definition

एक इलेक्ट्रोड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस पर आवेश की संरचित व्यवस्था, जिसमें इलेक्ट्रोड पर आवेश होता है जो विलयन में आयनों की विपरीत आवेशित परत द्वारा संतुलित होता है, जो एक सघन और एक विसरित क्षेत्र में वितरित होता है।

Scope

यह विषय विद्युत द्वि-परत की संरचना और मॉडल को शामिल करता है: कठोर हेल्महोल्ट्ज़ मॉडल, विसरित गौय-चैपमैन मॉडल, और इसके सघन और विसरित भागों के साथ संयुक्त गौय-चैपमैन-स्टर्न मॉडल। यह द्वि-परत धारिता, आंतरिक और बाहरी हेल्महोल्ट्ज़ तल, आयनों के विशिष्ट अधिशोषण, और विभव तथा इलेक्ट्रोलाइट सांद्रता पर संरचना की निर्भरता को संबोधित करता है।

Core questions

• एक इलेक्ट्रोड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस के प्रत्येक तरफ आवेश कैसे व्यवस्थित होता है?
• हेल्महोल्ट्ज़, गौय-चैपमैन और स्टर्न मॉडल चित्र को उत्तरोत्तर कैसे परिष्कृत करते हैं?
• द्वि-परत धारिता को क्या निर्धारित करता है और यह विभव और सांद्रता के साथ कैसे बदलती है?
• आयनों का विशिष्ट अधिशोषण आंतरिक परत को कैसे संशोधित करता है?

Key theories

गौय-चैपमैन-स्टर्न मॉडल

इलेक्ट्रोड के संपर्क में आयनों की एक सघन हेल्महोल्ट्ज़ परत और बोल्ट्ज़मैन सांख्यिकी द्वारा वर्णित मोबाइल आयनों की एक विसरित परत को जोड़ता है, जो धारिता की देखी गई विभव और सांद्रता निर्भरता को पुनरुत्पादित करने के लिए दोनों को श्रृंखला में संधारित्र के रूप में मानता है।

आंतरिक और बाहरी हेल्महोल्ट्ज़ तल

विशेष रूप से अधिशोषित आयन इलेक्ट्रोड के सीधे संपर्क में आंतरिक हेल्महोल्ट्ज़ तल पर बैठते हैं, जबकि विलायकित, गैर-विशिष्ट रूप से अधिशोषित आयन केवल बाहरी हेल्महोल्ट्ज़ तल तक पहुंचते हैं, ये भेद द्वि-परत धारिता व्यवहार की व्याख्या करते हैं।

Clinical relevance

द्वि-परत सुपरकैपेसिटर में आवेश को संग्रहीत करती है, वोल्टामेट्री और प्रतिबाधा मापों में पृष्ठभूमि धारिता निर्धारित करती है, अतिव्यापी विसरित परतों के माध्यम से कोलाइड और इमल्शन स्थिरता को नियंत्रित करती है, और इंटरफेशियल इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण की दर को प्रभावित करती है।

History

हेल्महोल्ट्ज़ ने 1879 में कठोर द्वि-परत मॉडल प्रस्तुत किया; गौय (1910) और चैपमैन (1913) ने विसरित परत को जोड़ा, स्टर्न ने उन्हें 1924 में संयोजित किया, और ग्राहम के 1947 के पुनरावलोकन और पारा-इलेक्ट्रोड मापों ने विस्तृत आंतरिक-परत संरचना स्थापित की जो आज भी उपयोग की जाती है।

Key figures

• Hermann von Helmholtz
• Louis Georges Gouy
• David Leonard Chapman
• David C. Grahame

Seminal works

• grahame1947
• bard2001
• bockris2000

Frequently asked questions

द्वि-परत इतनी पतली क्यों होती है?

इलेक्ट्रोड आवेश को आयनिक शक्ति द्वारा निर्धारित दूरी पर आयनों द्वारा परिरक्षित किया जाता है—अक्सर केंद्रित इलेक्ट्रोलाइट्स में एक नैनोमीटर से कम—क्योंकि मोबाइल आयन सतह आवेश को बेअसर करने के लिए तेजी से पुनर्व्यवस्थित होते हैं।

विशिष्ट अधिशोषण क्या है?

यह इलेक्ट्रोड सतह पर कुछ आयनों का सीधा रासायनिक लगाव है, जो आंतरिक हेल्महोल्ट्ज़ तल तक पहुंचने के लिए अपने विलायकन खोल का कुछ हिस्सा छोड़ देते हैं; यह आंतरिक-परत धारिता और उस विभव को दृढ़ता से प्रभावित करता है जिस पर आवेश का चिह्न बदलता है।