Oberflächenpotenzial

Oberflächenpotenzial bezeichnet in der Grenzfläche zwischen einer festen Phase und einer angrenzenden Flüssigkeit die elektrische Potenzialdifferenz, die durch die auf der Oberfläche vorhandene Ladung sowie die Anordnung der gelösten Ionen in der elektrischen Doppelschicht entsteht. Es ist eine zentrale Größe in der Oberflächen- und Kolloidchemie, der Elektrochemie und der Korrosionsforschung.

Die Bestimmung des Oberflächenpotenzials resultiert aus der Struktur der elektrischen Doppelschicht, die sich aus einer kompakten Schicht (Stern-Schicht) und einer diffusen Schicht (Gouy-Chapman) zusammensetzt. Das Potenzial nimmt von der Oberfläche aus in Richtung Lösung ab und hängt stark von der Ionenstärke, dem pH-Wert und spezifischen Adsorptionsprozessen ab.

Das Oberflächenpotenzial unterscheidet sich vom Zeta-Potential. Letzteres beschreibt die Potenzialdifferenz am Slipping-Plane der Doppelschicht, das häufig durch elektrokinetische Messungen erfasst wird. Das Zeta-Potential dient oft als praktischer Annäherungswert für das Oberflächenpotenzial, ist aber nicht deckungsgleich damit. Messungen erfolgen über elektrokinetische Methoden, elektrochemische Techniken oder indirekt durch Modelle der Poisson-Boltzmann-Gleichung; in manchen Fällen kommen Kelvin-Probe-Methoden zur Bestimmung des Kontaktpotentials in der Grenzfläche zum Einsatz.

Das Oberflächenpotenzial beeinflusst die Stabilität kolloidaler Systeme, Adsorption von Molekülen, Reaktionskinetik an Oberflächen und Korrosionsprozesse. Es ist sensibel gegenüber pH, Salzgehalt, spezifischer Adsorption und der chemischen Beschaffenheit der Oberfläche. Beispiele finden sich auf Oxidoberflächen wie Silica oder Metalloberflächen in wässrigen Lösungen.