The effect of ionic size on polyion-small ion distributions in a cylindrical double layer

Open Access
Publisher Website
Google Scholar
Abstract
The structure of an electrolyte surrounding an isolated, cylindrical polyionud – the cylindrical double layer – is studied using a density functionalud approach and the modified Poisson Boltzmann theory. The polyion is modelledud as an infinitely long, rigid, and impenetrable charged cylinder, whileud the electrolyte consists of rigid ions moving in a dielectric continuum. Theud results for the zeta potential, polyion-small ion distribution, and the meanud electrostatic potential are obtained for a wide range of physical conditionsud including three different ionic diameters of 2, 3, and 4·10⁻¹⁰ m. The zetaud potentials show a maximum or a minimum with respect to the polyion surfaceud charge density for a divalent counterion. The polyion-ion distributionsud and the mean electrostatic potential profiles show considerable variationsud with the concentration of the electrolyte, the valency of the ions constitutingud the electrolyte, and the ionic size. The theories are seen to be generallyud consistent with each other overall, and are capable of predicting the chargeud inversion phenomenon – a feature, which is completely absent in the classicalud Poisson-Boltzmann theory. Moreover, the theories reproduce well someud Monte Carlo results (for ion distributions) from the literature.Структура електроліту навколо ізольованого циліндричного полііонаud – циліндричного подвійного шару – досліджується методом функціоналу густини та модифікованою теорією Пуассона-Больцмана.ud Полііон моделюється як нескінченно довгий, жорсткий і непроникнийud заряджений циліндр, тоді як електроліт складається з жорсткихud іонів, які рухаються у неперервному діелектричному середовищі.ud Результати для зеті-потенціалу, розподілу полііон-іон та середньогоud електростатичного потенціалу отримані для широкого діапазонуud фізичних умов, включаючи три різні діаметри: 2, 3 та 4·10⁻¹⁰ m.ud У випадку дво-валентних контраіонів, зета-потенціали демонструють максимум або мінімум відносно густини поверхневого заряду полііона. Профілі розподілів полііон-іон та середнього електростатичного потенціалу демонструють суттєві зміни як функції концентрації електроліту, валентності іонів електроліту та іоннихud розмірів. Обидва теоретичні підходи в загальному є узгоджені міжud собою і обидва передбачають явище зарядової інверсії, яке є відсутнє в рамках звичайної теорії Пуассона-Больцмана. Більше того,ud обидві теорії добре відтворюють окремі результати Монте Карлоud (для іонних розподілів), які є відомі з літератури

This publication has 0 references indexed in Scilit: