Daerah perbatasan antara dua fasa dengan komposisi yang berbeda dicirikan oleh adanya gaya-gaya anisotropik. Contoh umum di mana hal ini terjadi adalah antarmuka air / udara, yang mengakibatkan munculnya fenomena tegangan permukaan air.
Molekul air di dalam bécquer yang berisi cairan berinteraksi dengan molekul tetangga secara homogen, dalam wilayah bola yang sama yang berpusat pada molekul ini, karena gaya interaksi tidak bergantung pada arah (gaya isotropik). Sementara itu, situasi molekul yang terletak di permukaan cairan dan bersentuhan dengan udara berbeda.
Di belahan bumi yang terletak di bawah permukaan, molekul berinteraksi dengan molekul air lainnya dan di belahan lain kontak dibuat dengan molekul spesies yang membentuk udara. Dan dari gaya anisotropi inilah fenomena tegangan permukaan dan sifat-sifat karakteristik antarmuka lainnya muncul.
Sekarang mempertimbangkan zat terlarut ionik yang dilarutkan dalam air, diamati bahwa perilaku ion yang ada di dalam larutan diatur oleh gaya isotropik, sedangkan perilaku ion di dekat permukaan diatur oleh gaya anisotropik. Jadi, jika konsentrasi ion ini dipetakan sebagai fungsi posisinya, maka dipastikan bahwa dalam larutan itu selalu konstan.
Di sisi lain, tergantung pada komponen total gaya anisotropik permukaan di daerah yang dekat dengan antarmuka, akan ada peningkatan atau penurunan konsentrasi ion.
Dalam hal ini, karena spesies bermuatan listrik terlibat, hasilnya akan menjadi distribusi muatan listrik yang tidak merata dari mana munculnya perbedaan potensial antara permukaan dan bagian dalam larutan berikut. Dalam kasus molekul air dari contoh sebelumnya dan karena mereka adalah dipol listrik, juga akan diamati bahwa distribusi potensial tidak akan seragam karena gaya anisotropik, mendorong orientasi preferensi dipol ini.
Dalam antarmuka larutan elektroda / elektrolit, fenomena terjadi dengan cara yang mirip dengan yang telah dijelaskan, hanya dalam kenyataan bahwa penurunan potensial antara elektroda dan larutan dapat dikontrol melalui sirkuit eksternal.
Daerah perbatasan dalam hal ini disebut lapisan ganda listrik . Dengan tidak adanya faktor eksternal, gaya anisotropi, termasuk gaya elektrostatik yang ada pada antarmuka ini, menghasilkan akumulasi atau kekurangan spesies tertentu pada permukaan antarmuka dalam kaitannya dengan media larutan (adsorpsi). Selain itu, harus dipertimbangkan bahwa pada antarmuka elektroda / larutan dimungkinkan untuk memaksakan perbedaan potensial variabel melalui sumber eksternal.
Hal ini memungkinkan sangat kontrol adsorpsi biaya dan dipol. Profil perkiraan variasi konsentrasi spesies untuk kasus adsorpsi kumulatif disajikan pada Gambar 1.1.
Untuk antarmuka yang tidak mengalami gangguan eksternal, deskripsi kuantitatif adsorpsi pada antarmuka antarmuka dapat dilakukan secara termodinamika melalui persamaan Gibbs, yaitu:
di mana σ adalah tegangan permukaan, yaitu, permukaan kerja reversibel diperlukan untuk meningkatkan permukaan pemisahan interfase oleh satu unit daerah; μ i adalah potensial kimia dari komponen i dan Гi adalah besarnya interfase disebut permukaan kelebihan, dalam hal ini juga i komponen. Besarnya ini tidak lebih dari jumlah spesies i yang harus dimasukkan ke dalam sistem sehingga komposisi fase volumetrik tetap konstan ketika permukaan interfase bertambah satu satuan.
Hal ini penting untuk dicatat perbedaan antara Г i dan konsentrasi permukaan C i , yaitu, jumlah komponen i diserap per satuan luas, atau bahkan antara Г i dan konsentrasi volumetrik C i, yang merupakan jumlah dari i komponen per satuan volume. Menyederhanakannya;
Atau ditinjau dari grafik pada Gambar 1.1 (grafik)
di mana C i 0 adalah konsentrasi spesies i di dalam larutan yang terkandung dalam strip dengan ketebalan yang sama dengan lapisan ganda ( x o ) dan dinyatakan dalam mol per satuan luas dan C i 0 konsentrasi spesies yang sama juga di dalam larutan, bagaimanapun, dinyatakan dalam mol per satuan volume. Dengan cara ini, kelebihan permukaan mencirikan variasi komposisi lapisan permukaan dibandingkan dengan sistem di mana konsentrasi tetap seragam hingga bidang yang mendefinisikan antarmuka (x = 0 pada Gambar 1.1). Untuk menghitung konsentrasi permukaan suatu spesies dan dari kelebihan permukaan ini, perlu untuk mengadopsi caral untuk lapisan ganda.
Adsorpsi spesies pada antarmuka elektroda / larutan melibatkan ion dan dipol. Situasi ini diilustrasikan pada Gambar 1.2, untuk kasus elektroda yang mengandung muatan permukaan positif ( q M ), juga mengamati bahwa, karena adanya muatan dalam logam, distribusi ion yang tidak seragam dan orientasi preferensi dipol, perbedaan potensial listrik ( ) terjadi antara logam dan larutan elektrolit.
Karena komponen listrik ini terlihat dapat dikontrol secara eksternal, seperti yang akan dipelajari nanti dalam persamaan Gibbs tidak dapat langsung digunakan dalam perumusan fenomena lapisan ganda, karena tidak termasuk pekerjaan listrik yang berkontribusi pada nilai tegangan permukaan tertentu.
Untuk mempertimbangkan kontribusi ini, perlu untuk mengamati bahwa dengan tidak adanya transfer muatan melalui antarmuka, kondisi kesetimbangan termodinamika mengharuskan antarmuka menjadi netral secara elektrik. Ini setara dengan mengatakan bahwa muatan yang diberikan pada elektroda akan sesuai dengan muatan tanda yang sama dan berlawanan dalam larutan. Jadi, dalam bentuknya yang paling sederhana, antarmuka dapat dianggap sebagai kapasitor pelat paralel (Gambar 1.2). Menggunakan caral sederhana ini dari kapasitor pada Gambar 1.2, teramati bahwa pekerjaan ini dapat dinyatakan dengan produk dari biaya dan diferensial dari perbedaan potensial antara pelat, yang – q M d (delta φ ) . Memperkenalkan istilah ini dalam persamaan Gibbs, kami memperoleh: