Koloidi

3.2 Elektrostatska interakcija
Elektrostatska interakcija je interakcija med površinskimi naboji, ki jih nosijo koloidni delci. Naboji
lahko nastanejo zaradi ionizirajočih skupin na površini delca ali selektivne adsorpcije ionov topila. Vsak
površinski naboj je uravnotežen z nasprotno enakim nabojem, ki je tudi lahko vezan na površino ali
pa se nahaja blizu površine v električni dvojni plasti (electric double layer), ki je prikazana na Sliki 1.
Zato so raztopine navzven nevtralne in interakcije med delci senčene, t.j. padajo hitreje kot bi v praznem
Slika 1: Ob negativno nabiti površini se ustvari dielektrična dvojna plast (označeno) iz pozitivnih (kationi) in
negativnih ionov (anioni). Označena je še Debyejeva razdalja D [7].
prostoru. Volumska gostota nabojev ρ in električni potencial topila ψ v določeni točki sta povezana preko
Boltzmannove in Poissonove enačbe [7]
ρ = ρ0 e −Ze0ψ/kbT
εε0∇ 2 ψ = −Ze0ρ, (5)
kjer je ρ0 gostota naboja pri ψ = 0, Z valenca ionov in ε dielektričnost raztopine. Če združimo Enačbi 4
in 5, dobimo Poisson-Boltzmannovo (PB) enačbo
∇ 2 ψ = − Ze0ρ0
εε0
(4)
e −Ze0ψ/kbT . (6)
Ob upoštevanju robnih pogojev dobimo iz PB enačbe električni potencial ψ, električno polje E = −∇ψ
in gostoto naboja ρ.
Vendar PB enačba ne velja pri majhnih razdaljah, kjer nastopijo korelacije med posameznimi ioni
(razdalje < 4 nm). Potrebno bi bilo upoštevati končne velikosti ionov, zrcaljenje nabojev, diskretno
naravo površinskih nabojev in sile, ki nastanejo pri raztapljanju.
Tudi v topilu samem so lahko različni elektroliti, kar še dodatno senči naboje. To prispeva k zmanjšanju
potencialov in PB enačba se poenostavi v Debye-Hücklov model. Dobimo efektivno interakcijo
kratkega dosega med dvema delcema z nabojem e na razdalji r, ki eksponentno pada s karakteristično
dolžino κ −1 . Potencial U(r) za to interakcijo je oblike
U(r) ∝
e 2
4πεε0r e−κr , (7)
5