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Chimie · Glossaire

Qu'est-ce que « Double couche électrique » ?

Aussi appelé : couche de Helmholtz · couche diffuse · longueur de Debye · capacite de double couche

Définition 15.1 Chimie universitaire — 3e année · Chapitre 15 — Cinétique électrochimique et électroanalyse

La double couche électrique est la distribution des charges à une interface électrode–solution : la charge portée par le métal et la charge ionique qui la compense dans la solution. Sa partie compacte, la couche de Helmholtz, est la couche d’ions et de molécules de solvant au contact de la surface ; sa couche diffuse est la région située au-delà, où l’agitation thermique répartit les ions en excès sur une distance de l’ordre de la longueur de Debye κ−1\kappa^{-1}. La capacité de double couche CdlC_{\mathrm{dl}} est la charge stockée par unité d’aire et par volt de potentiel aux bornes de l’interface.

La double couche électrique (modèle de Gouy–Chapman–Stern, schéma) : un métal chargé négativement, une couche compacte de cations au plan de Helmholtz, et une couche diffuse où les cations sont plus nombreux que les anions sur quelques longueurs de Debye. En dessous, la valeur absolue du potentiel (négatif, comme la charge du métal) décroît linéairement à travers la couche compacte, puis exponentiellement dans la couche diffuse.
La double couche électrique (modèle de Gouy–Chapman–Stern, schéma) : un métal chargé négativement, une couche compacte de cations au plan de Helmholtz, et une couche diffuse où les cations sont plus nombreux que les anions sur quelques longueurs de Debye. En dessous, la valeur absolue du potentiel (négatif, comme la charge du métal) décroît linéairement à travers la couche compacte, puis exponentiellement dans la couche diffuse.

Exemples

Exemple 15.3 (L’épaisseur de la double couche)

Dans l’eau à 298.15 K298.15\,\mathrm{K} (εr=78.4\varepsilon_r = 78.4) avec 0.10 mol/L0.10\,\mathrm{mol}/\mathrm{L} d’un sel 1:1 (I=100 mol m−3I = 100\,\mathrm{mol}\,\mathrm{m}^{-3}), κ−1=78.4×8.854×10−12×2479/(2×96 4852×100)=0.96 nm\kappa^{-1} = \sqrt{78.4 \times 8.854 \times 10^{-12} \times 2479/(2 \times 96\,485^2 \times 100)} = 0.96\,\mathrm{nm} ; à 1.0 mmol/L1.0\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}, elle est dix fois plus grande. Un électrolyte support comprime la couche diffuse jusqu’à quelques diamètres moléculaires.

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