background image
background image

Zjawisko polaryzacji elektrod

Zjawisko polaryzacji elektrod

   

Polaryzacja elektrody - zjawisko 

fizyczne związane ze zmianą 
potencjału elektrody w stosunku do jej 
potencjału równowagowego.  Zmiana 
ta wywołana jest przez przyłożenie 
zewnętrznego źródła prądu. 

   

   Prąd wymiany:

background image

Zjawisko polaryzacji 

Zjawisko polaryzacji 

elektrod

elektrod

    Możliwe są dwa rodzaje polaryzacji 

elektrody:

polaryzacja katodowa - gdy potencjał 

elektrody spolaryzowanej jest mniejszy niż 

jej potencjał równowagowy,

polaryzacja anodowa - gdy potencjał 

elektrody spolaryzowanej jest większy niż jej 

potencjał równowagowy,

background image

Krzywe polaryzacyjne elektrody I rodzaju w 

Krzywe polaryzacyjne elektrody I rodzaju w 

roztworze elektrolitu w stanie aktywnym

roztworze elektrolitu w stanie aktywnym

takim 

układzie 

zachodzą 

następujące 

procesy:

        Proces  anodowy:

 

przechodzenie  metalu  do 

roztworu

M → M 

n+

  ne

Proces katodowy:

 redukcja 

jonów metalu i osadzanie 

w postaci zredukowanej na 

elektrodzie

     

n+

  ne → M

     lub katodowego 

wydzielania wodoru po 

redukcji jonu H

+

Wykres przedstawia krzywe polaryzacyjne 
elektrody pierwszego rodzaju. 

background image

  Zachodzące  w  układzie  procesy  można 

również  przedstawić  w  formie  jednego 

sumarycznego równania reakcji.

     M 

n+

  ne ⇄ M

Odpowiadają im wartości prądów zgodne z 

równaniami Tafela dla procesów:

   anodowego: 

    

a

 = a  b log i

a

   katodowego:  

                                 

k

 = a  b log i

c

background image

Wyprowadzenie równania 

Wyprowadzenie równania 

Tafela

Tafela

Reakcja elektrodowa zwykle przebiega w potencjale 

innym niż potencjał równowagowym. Charakteryzuje 
ją wówczas wartość nadpotencjału reakcji: 

  
  

Uwzględniając stężenia form Ox i Red wraz z 

potencjałem E

0

 odnosimy nadpotencjał do 

potencjału równowagowego reakcji poprzez 
gęstość prądu: 

0

Re

0

0

ln

d

ox

c

c

zF

RT

E

E

ox

red

c

RT

E

E

zF

c

RT

E

E

zF

zFk

j

)

(

exp

(

)

1

(

exp

0

0

0

background image

 
Podstawowe równanie kinetyki 

elektrodowej,  zwane równaniem 
Volmera- Butlera opisane jest 
zależnością :

 

zF

RT

zF

RT

j

j

exp

)

1

(

exp

0

gdzie z kolei

:

d

Ox

c

c

zFk

j

Re

1

0

0

background image

a) 

   Jeśli nadpotencjał ma niewielką wartość w stosunku 

do RT/zF to równanie przyjmuje postać :

          

RT

zF

j

j

o

Wartość prądu wymiany jest miarą odchylenia 
potencjału elektrody od wartości równowagowej 
podczas przepływu prądu z zewnętrznego źródła.  
Im powolniejsza jest reakcja przejścia, tym większe 
jest to odchylenie. 

background image

 a)  krzywa polaryzacji elektrody 

dla <<(RT/zF)

background image

b) Jeśli potencjał katodowy lub anodowy ma 

dużą   wartość w porównaniu z RT/αzF, 
wówczas jeden z członów równania:

 

zF

RT

zF

RT

j

j

exp

)

1

(

exp

0

Jest na tyle mały, że można go pominąć i 
otrzymujemy:

RT

zF

j

j

k

exp

0

 

RT

zF

j

j

a

)

1

(

exp

0

background image

b) krzywa polaryzacji elektrody 

dla 

     (RT/zF)

background image

   Po zlogarytmowaniu i przekształceniu otrzymujemy 

równanie Tafela dla procesów katodowych i 
anodowych:

j

zF

RT

j

zF

RT

lg

303

,

2

lg

303

,

2

0

j

zF

RT

j

zF

RT

lg

)

1

(

303

,

2

lg

)

1

(

303

,

2

0

Lub prościej je zapisując :

j

b

a

lg

background image

   

Zależności Tafela ilustruje wykres 

półlogarytmiczny, w którym albo znajdujemy 
odcinki prostoliniowe, albo prowadzimy styczne 
( jest to mniej dokładne):

Z którego wyznacza się wartość prądu 
wymiany j

0

 oraz współczynniki Tafela b

a

 i b

k

 

charakteryzujące odwracalność reakcji i 
liczby elektronów przenoszonych w 
procesach anodowych i katodowych

background image

   Równanie Tafela ponadto opisuje w swoisty 

sposób istnienie bariery potencjału 
wynikającej z teorii absolutnej szybkości 
reakcji chemicznych. Pokazuje wyraźnie, że 
na kinetykę procesów elektrodowych obok 
parametrów reakcji chemicznych 
( temperatura, ciśnienie) wpływa również 
potencjał elektrody.

background image

Procesy elektrodowe nieodwracalne, 

Procesy elektrodowe nieodwracalne, 

odwracalne i 

odwracalne i 

quasi-odwracalne

quasi-odwracalne

Cykliczna krzywa 

chronowoltamperometrycza 

 procesu utlenienia i 

redukcji z zaznaczonym 

sposobem odczytywania 

parametrów. 

Epa, Epc – anodowy i 

katodowy potencjał piku,

Epa/2, Epc/2 – anodowy i 

katodowy potencjał połowy 

piku,

Ia, Ic – anodowy i katodowy 

prąd piku,

Ia/2, Ic/2 – anodowy i 

katodowy prąd połowy piku.

 

 

 

Epa 

Ia 

Epa/2 

Ic

 

Epc

 

Epc/2

 

Ic/2

 

Ia/2 

I

 

E

 

background image

   Różnica potencjałów pików określa czy proces 

jest odwracalny, nieodwracalny czy quasi‑ 
odwracalny.

 

                          

 

   

Dla reakcji jednoelektronowej (n=1) różnica 
powinna wynosić 0.058V dla procesu 
odwracalnego, 

od 0.060V do 0.1V dla procesu quasi-
odwracalnego 

powyżej 0.1V dla procesu nieodwracalnego.

E

E

n

p a

p c

,

,

,

0 058

background image

Elektroda idealnie polaryzowalna

Elektroda idealnie polaryzowalna

      Elektrody,  które  przyjmują  potencjał 

przyłożony  z  zewnątrz,  nie  wykazując 
przy  tym  przepływu  prądu  stałego, 
wskazującego na zachodzenie procesu 
elektrochemicznego.

   

  
   Przykładem tej elektrody jest KER 

( kapiąca elektroda rtęciowa)

background image

Elektroda doskonale 

Elektroda doskonale 

odwracalna 

odwracalna 

   

Elektrody takie nieznacznie zmieniają 

swój potencjał pod wpływem 
zewnętrznego napięcia. Dołączenie do 
zewnętrznego źródła napięcia 
powoduje przepływ prądu, który 
przeciwdziała gromadzeniu się 
ładunku na powierzchni elektrody.

   


Document Outline