Conductividad superficial

La conductividad superficial es una conductividad adicional de un electrolito en las proximidades de las interfaces cargadas. ^{[ 1 ]} La conductividad superficial y volumétrica de los líquidos corresponde al movimiento de iones impulsado eléctricamente en un campo eléctrico . Cerca de la interfaz existe una capa de contraiones de polaridad opuesta a la carga superficial. Esta se forma debido a la atracción de los contraiones por las cargas superficiales . Esta capa de mayor concentración iónica forma parte de la doble capa interfacial . La concentración de iones en esta capa es mayor que la fuerza iónica del seno del líquido. Esto da lugar a una mayor conductividad eléctrica de esta capa.

Smoluchowski fue el primero en reconocer la importancia de la conductividad superficial a principios del siglo XX. ^{[ 2 ]}

Lyklema ofrece una descripción detallada de la conductividad superficial en "Fundamentos de la ciencia de las interfaces y los coloides" ^{[ 3 ].}

La doble capa (DL) tiene dos regiones, según el modelo bien establecido de Gouy-Chapman-Stern. ^{[ 1 ]} El nivel superior, que está en contacto con el líquido principal, es la capa difusa . La capa interna que está en contacto con la interfaz es la capa de Stern .

Es posible que el movimiento lateral de los iones en ambas partes de la doble capa contribuya a la conductividad superficial.

La contribución de la capa de Stern está menos descrita. A menudo se la denomina "conductividad superficial adicional". ^{[ 4 ]}

La teoría de la conductividad superficial de la parte difusa de la DL fue desarrollada por Bikerman. ^{[ 5 ]} Él derivó una ecuación simple que relaciona la conductividad superficial κ ^σ con el comportamiento de los iones en la interfaz. Para un electrolito simétrico y suponiendo coeficientes de difusión de iones idénticos D ⁺ =D ⁻ =D se da en la referencia: ^{[ 1 ]}

${\displaystyle {\kappa }^{\sigma }={\frac {4F^{2}Cz^{2}D(1+3m/z^{2})}{RT\kappa }}\left(\cosh {\frac {zF\zeta }{2RT}}-1\right)}$

dónde

F es la constante de Faraday

T es la temperatura absoluta

R es la constante de los gases

C es la concentración iónica en el fluido a granel

z es la valencia del ion

ζ es el potencial electrocinético

El parámetro m caracteriza la contribución de la electroósmosis al movimiento de iones dentro de la DL:

${\displaystyle m={\frac {2\varepsilon _{0}\varepsilon _{m}R^{2}T^{2}}{3\eta F^{2}D}}}$

The Dukhin number is a dimensionless parameter that characterizes the contribution of the surface conductivity to a variety of electrokinetic phenomena, such as, electrophoresis and electroacoustic phenomena.

• Interface and Colloid Science

Surface conductivity may refer to the electrical conduction across a solid surface measured by surface probes. Experiments may be done to test this material property as in the n-type surface conductivity of p-type.^[6] Additionally, surface conductivity is measured in coupled phenomena such as photoconductivity, for example, for the metal oxide semiconductor ZnO.^[7] Surface conductivity differs from bulk conductivity for analogous reasons to the electrolyte solution case, where the charge carriers of holes (+1) and electrons (-1) play the role of ions in solution.