Il doppio strato elettrico è la distribuzione di cariche che si forma all’interfaccia tra una superficie carica e una soluzione elettrolitica. Una parete minerale, un elettrodo metallico, una particella colloidale o una membrana possono acquisire carica per dissociazione di gruppi superficiali, adsorbimento selettivo di ioni o polarizzazione elettrochimica. La soluzione risponde accumulando controioni e impoverendosi di coioni, così da schermare progressivamente il campo elettrico.
Il risultato non è un piano di carica ideale, ma una regione interfaciale in cui concentrazione ionica e potenziale elettrico variano con la distanza dalla superficie. Lontano dall’interfaccia la soluzione torna quasi elettroneutra; vicino alla superficie, invece, le forze elettrostatiche competono con l’agitazione termica e con la composizione chimica dell’elettrolita.
Modelli principali:
| Modello | Idea |
|---|---|
| Helmholtz | controioni in un piano compatto |
| Gouy-Chapman | distribuzione diffusa descritta statisticamente |
| Stern | strato compatto più strato diffuso |
Nel modello di Stern si distingue uno strato compatto, dove alcuni ioni possono essere specificamente adsorbiti, e uno strato diffuso, in cui la concentrazione ionica decresce statisticamente verso il valore di bulk. La grandezza più usata per stimare lo spessore dello strato diffuso è la lunghezza di Debye:
dove \varepsilon\varepsilon_0 è la permittività del mezzo, k_B la costante di Boltzmann, T la temperatura assoluta, N_A il numero di Avogadro, e la carica elementare e I la forza ionica. A forza ionica maggiore lo strato diffuso si comprime: gli ioni disponibili nella soluzione schermano più rapidamente la carica superficiale.
Dal punto di vista operativo il doppio strato è decisivo nella stabilità dei colloidi, nell’elettrodeposizione, nella corrosione, nella filtrazione a membrana, nella flottazione mineraria e nei dispositivi elettrochimici. Il potenziale zeta, misurato al piano di scorrimento idrodinamico, non coincide necessariamente con il potenziale della superficie solida, ma è spesso la grandezza sperimentale più utile per valutare repulsione tra particelle, mobilità elettroforetica e tendenza all’aggregazione.
Un errore comune è trattare il doppio strato come un semplice condensatore piano indipendente dalla chimica della soluzione. In realtà pH, forza ionica, valenza degli ioni, adsorbimento specifico e rugosità della superficie possono cambiare radicalmente potenziale, carica apparente e stabilità interfaciale.
Vedi anche: Elettrochimica, Attività Chimica, Fenomeni di Superficie.