3. Теорія Штерна.

У 1924 р. Штерн запропонував теорію будови подвійного електричного шару, в якій він використав уявлення попередніх теорії. При цьому він зробив два посилання.

- Реальні іони мають конкретні розміри і не можуть підходити до твердої поверхні на відстань ближче ніж іонний радіус.

- В системі діють сили адсорбційного і електростатичного протягування та сили відштовхування, зумовлені тепловим рухом.

Згідно з теорією Штерна, частина протиіонів притягується до твердої поверхні як електростатичними, так і адсорбційними силами. Дія адсорбційних сил, на відміну від електростатичних, швидко спадає з відстанню, тому їх вплив слід враховувати тільки біля самої поверхні твердого тіла ( на відстані декілька ангстрем). Внаслідок цього частина протиіонів утримується на дуже близькій відстані біля поверхні, утворюючи плоский конденсатор товщиною , аналогічний описаному у теорії Гельмгольца - Перрена. В цьому шарі спостерігається різке лінійне падіння електричного потенціалу. Цей шар називаєтьсягельмгольцівським, абоадсорбційнимшаром.

Решта протиіонів, необхідних для компенсації заряду потенціалвизначальних іонів, внаслідок теплового руху розподілені в об’ємі розчину поблизу поверхні і утворюють шар, в якому вони підпорядковуються тим самим законам, що і в теорії Гуї - Чепмена. Цю частину подвійного електричного шару товщиною , називаютьдифузійнимшаром, абошаром Гуї. В дифузійному шарі потенціал спадає повільніше за експонентою.

Рис. 42. Схема будови ПЕШ згідно теорії Штерна.

_- потенціал на поверхні частинки

_- потенціал адсорбційного шару

 - товщина адсорбційного шару

 - товщина дифузійного шару

Межа ковзання між рухомою і нерухомою фазою знаходиться на деякій відстані  від твердої поверхні, яка не співпадає з межею адсорбційного і дифузійного шарів.

Згідно теорії Штерна заряд твердої поверхні qдорівняє сумі зарядів протиіонів адсорбційногоq_а, та дифузійного шарівq_д.

q=q_а+q_д ( 5.0)

Для характеристики кількості іонів, адсорбованих одиницею поверхні Штерна, використав уявлення теорії адсорбції Ленгмюра. Для симетричного електроліту він одержав наступні рівняння:

( 5.0)

( 5.0)

₊, _-- специфічні адсорбційні потенціали катіону та аніону.

Заряд адсорбційного шар є різницею зарядів катіонів та аніонів, що припадають на одиницю поверхні.

q_a = Fz(A₊ - A_-) ( 5.0)

( 5.0)

Заряд дифузійного шару безпосередньо пов’язаний з потенціалом в цьому шарі і розраховується згідно теорії Гуї – Чепмена:

( 5.0)

Сумарний заряд подвійного електричного шару дорівнює

( 5.0)

Концентрація індиферентного електроліту в розчині сильніше впливає на заряд адсорбційного шару, ніж на заряд дифузійного. Тому при зменшенні концентрації структура ПЕШ наближається до моделі Гуї – Чепмена, при цьому товщина ПЕШ зростає (рис.43). Зі збільшенням концентрації електроліту структура подвійного електричного шару наближається до моделі Гельмгольца-Перрена, а товщина ПЕШ буде зменшуватися до адсорбційного шару. При цьому - потенціал буде зменшуватися, поступово наближаючись до нуля (рис.43), стан ПЕШ коли- потенціал дорівнює нулю називаєтьсяізоелектричним.

Рис. 43. Залежність  -потенціалу від концентрації.

Вплив природи проти іонів на структуру і товщину ПЕШ, визначається їх валентністю та адсорбційним потенціалом. Чим більша валентність іонів та їх адсорбційний потенціал, тим сильніше вони втягуються в адсорбційний шар, і тим сильніше стискається ПЕШ.

Ємність ПЕШ визначається, як ємність двох послідовно з’єднаних конденсаторів:

1/С = 1/С_а + 1/С_д ( 5.0)

Товщина і ємність адсорбційного шару С_а, майже не залежить від концентрації електроліту, в той час, як товщина і ємність дифузійного шаруС_дсильно залежить від неї. Якщо ємність одного з конденсаторів значно більша за ємність другого, то їх сумарна ємність дорівнює меншому значенню, тому ємність ПЕШ для розведених розчинів дорівнює ємності дифузійного шару, а для концентрованих – адсорбційного.