Katı oksit yada mineral parçacıgı gibi bir cisim üzerinde elektriksel yük
tasıdıgına göre bu cisim ile kendisini kusatan ortam arasında bu yükten kaynaklanan
etkilesmeler olusacaktır. Beklendigi üzere söz konusu etkilesmeler, tanecikler ve
bunları kusatan ortamın hangi tür ve büyüklükte yük tasıdıgına baglı olarak
degisecektir. En basta oksit yada mineral tanecikleri ile kusatıcı ortam arasında bir
yüzey potansiyeli olusacaktır. Bir çok durumda yüzey potansiyelini çözelti fazındaki
potansiyel tayin edici iyonun konsantrasyon bilgisinden yola çıkarak hesaplamak
mümkündür. Ancak oksitler için bu mümkün degildir çünkü oksitler Nernst
esitligine uymazlar. Dogaldır ki yüzey potansiyeli çözelti ortamının pH’sına baglı
olarak degisecektir. Oksit parçacıklarında ise hidroksil kökenli türler ve bunların
asidik-bazik karakterlerinden dolayı yüzey potansiyelinin pH bagımlılıgı daha
karmasık hale gelecektir.
Yüzey potansiyelinin yeterince dogru hesaplanabildigi hallerde bile
taneciklerin davranısını tahmin etmede çok fazla bir yararı dokunmaz. Eger çözelti
fazı parçacık yüzeyine kuvvetle adsorplanan yüzey aktif bir madde içeriyorsa, küçük
miktarlarda yüzey aktif madde eklenmesiyle parçacıgın yüzey yükü çok büyük
ölçüde degistirilebilir, hatta tersine döndürülebilir. Durum böyle oldugunda,
parçacık üzerindeki etkin yük, bu parçacıga yaklasan baska bir parçacık tarafından
“görülen” yüktür. Çünkü parçacıklar arasındaki etkilesmeyi tayin edecek olan yük,
bu “görülen” yüktür. Dolayısıyla süspansiyonun pıhtılasması (koagülasyon) yada
akıskanlıgı gibi özellikler tanecik üzerindeki gerçek yüke degil de etkin yüke baglı
olacaktır. Etkin potansiyel yada yükü belirlemenin en iyi yolu çift tabakanın difüze
kısmının potansiyeli yada yükünü belirlemektir.
Yüklü bir mineral tanecigin yakınındaki iyonik çevreyi temsili olarak
göstermek ve elektriksel itici kuvvetlerin nasıl ortaya çıktıgını açıklamak için çift
tabaka modeli kullanılmaktadır. Bu modeli daha kolay bir sekilde açıklamak için
parçacık çevresindeki iyonlar hızla civardan çekip gittiginde genelde negatif yüklü
tek bir parçacık etrafında meydana gelen olaylar dizisi göz önüne alınır. Öncelikle,
karsıt iyonlar da denilen pozitif iyonlar üzerine mineral parçacıgının etkisine
bakalım. Baslangıçta negatif yüklü mineral parçacıgından ileri gelen çekim kuvveti
pozitif iyonlardan bir kısmının katı parçacık yüzeyi civarında sıkıca tutulan bir
tabaka olusturmasına yol açar. Karsıt iyonlar içeren bu tabaka Stern Tabakası olarak
bilinir. Bunlardan baska ilave pozitif yüklü iyonlar negatif yüklü mineral parçacıgı
tarafından hala daha çekilmektedir, fakat bu ilave pozitif yüklü iyonlar simdi artık
parçacıga yaklasmaya çalısan diger yakındaki pozitif iyonlar tarafından oldugu kadar
pozitif stern tabakası tarafından da itilmektedir. Sonuçta dinamik bir denge ortaya
çıkar ve bu dengenin sonucu olarak difüze bir karsıt iyonlar tabakası da olusur.
Difüze pozitif iyon tabakası mineral parçacıgı yakınında yüksek bir konsantrasyona
sahip olmasına karsın parçacıga uzaklık artıkça konsantrasyon yavas yavas azalır ve
sonunda çözelti içindeki normal karsıt iyon konsantrasyonu ile dengeye gelir.
Benzer fakat zıt bir sekilde, parçacık yüzeyinin yakınında negatif iyonların
eksikligi söz konusudur. Çünkü bu negatif iyonlar eksi yüklü parçacık yüzeyi
tarafından itilirler. Negatif iyonlara es iyonlar denir çünkü bunlar parçacık yüzeyi ile
aynı yüklüdürler. Bunların konsantrasyonu da parçacık yüzeyinin itici kuvvetleri
pozitif iyonlar tarafından perdelendigi için yüzeyden uzaklastıkça giderek artar ve
sonunda çözeltideki es iyon konsantrasyonu ile dengeye ulasır.
Difüze tabaka parçacıgı çevreleyen yüklü bir atmosfer olarak düsünülebilir.
Yüzeyden herhangi bir uzaklıkta difüze tabakanın yük yogunlugu o noktadaki pozitif
ve negatif iyonların konsantrasyonları farkına esittir. Parçacık yakınında yük
yogunlugu daha büyüktür. Yüzeyden uzaklastıkça pozitif ve negatif iyonların
konsantrasyonu gittikçe birbirine yaklasır ve yük yogunlugu hızlı bir sekilde sıfıra
dogru azalır. Stern tabakasında tutulan karsıt iyonlar ile difüze tabakadaki yüklü
atmosferin ikisine birlikte çift tabaka adı verilir. Çift tabakanın kalınlıgı çözelti
içindeki iyonların konsantrasyonuna baglıdır. Çözelti içindeki iyonların yüksek
konsantrasyonlarda bulunması demek parçacıgı nötralize edecek daha fazla pozitif
iyon bulunması demektir ve sonuç olarak çift tabakanın kalınlıgı daha ince olur.
Seyreltme gibi araçlarla iyon konsantrasyonun azaltılması pozitif iyonların sayısını
düsürecek ve sonuçta daha kalın bir çift tabaka olusacaktır. yonların
konsantrasyonları ve iyon degerliklerinin artırılmasına çift tabaka sıkıstırılması adı
verilmektedir.
Etkin potansiyeli saptamak için yüzeye kuvvetle adsorplanmıs iyonlar
tabakasının dısında parçacık yüzeyinden herhangi bir uzaklıktaki yük veya
potansiyeli ölçmek gerekir. deal olarak, çift tabakanın difüze kısmının
baslangıcındaki elektrokinetik potansiyeli (d) saptamak isterdik. Pratikte ise çogu
zaman bunu ölçemeyiz, ancak elektrokinetik yada zeta potansiyelini ölçmek
suretiyle bu istenen nicelige yalnızca yaklasabiliriz.
Elektrostatik çekime ve termal titresime maruz kaldıklarında karsıt iyonlar
çözelti içinde ve OHP’nin ötesinde bir difüze tabaka olustururlar. Yüzey yükünden
kaynaklanan ve difüze tabakanın sınırındaki OHP’de ölçülen elektrokinetik
potansiyel (d) zeta potansiyeli () adını alır ve elektroforetik mobiliteden hesaplanır.
Bu potansiyel oksit parçacıkları için ölçülebilen yegane potansiyeldir. Difüze
tabakanın yükü (d) parçacıgın karsıt yükünü temsil etmektedir (Sekil 2.9). Bu karsıt
yük yüzey yükünü dengeledigi için elektronötrallik ilkesine göre 0 + d = 0
olmalıdır..
Bazı iyonlar elektrostatik kuvvetler tarafından yüzeye dogru çekilirler ve
solvasyon tabakasına karsı özel bir ilgiye sahiptirler. Oksitler söz konusu oldugunda
yapı gelistirici iyonlar düzenli çözgen tabakasını en kolay sekilde geçerler çünkü
bunlar o bölgedeki yerel düzeni koruma egilimi gösterirler. Örnegin alkali metal
katyonları negatif yüklü oksit yüzeyinde Li+ > Na+ >> Cs+ sırasına göre
adsorplanırlar. Bu sıranın temelindeki olgu, su moleküllerinin yüzey yakınında
düsük mobiliteye sahip olması ve entropide olusan kaybının hidratasyonu en kuvvetli
olan katyonlarla bag yapılarak bag enerjisinden karsılanmasıdır.
Solvasyon tabakaları içindeki iyonların mobilitesi tabakanın kuvvetli yapı
gelistirme özelliginden ve yüzey yakınındaki kuvvetli eloktrostatik kuvvetlerden
dolayı sınırlıdır. Bu durum silika yüzeyinde adsorplanan 23Na relaksasyon sürelerine
iliskin NMR incelemeleri ile gösterilmistir. Adsorplanan Na+ relaksasyon süresi
çözelti fazındaki iyonlar için daha uzundur fakat yüzeydeki negatif yüklü gruplarla
iyon çiftleri yada kompleksler olusumunu saglamaz. Adsorplanan Na+’in solvasyon
tabakalarının etkilendigi gözlenmez. Bu iyonlar sadece spesifik olmayan elektrostatik
kuvvetlere maruz kaldıkları için yalnızca parçacıkların solvasyon tabakaları dısında
difüzlenmeye zorlanırlar.
