Burczyński Krzysztof 2002-05-06

Ćwiczenie nr 8

Wyznaczanie stałych równania Tafela

I

Jeżeli ograniczymy się jedynie do rozważania stanu równowagi, szczegółowa znajomość struktury rozkładu ładunku odpowiedzialnego za różnicę potencjałów w obszarze międzyfazowym nie jest konieczna 9podobnie jak w przypadku równowagi reakcji nie musimy wnikać w jej mechanizm). Jednakże, gdy interesuje nas szybkość przeniesienia ładunku, wówczas opis taki staje się niezbędny.

Ponieważ reakcja elektrodowa jest procesem heterogenicznym, w sposób naturalny jej szybkość jako strumień wytworzonej substancji, czyli ilość produktów wytworzonych w jednostce czasu na jednostkowej powierzchni elektrody.

Gdy ogniwo wytwarza prąd (czyli gdy pomiędzy jego elektrody podłączymy zewnętrzne obciążenie), potencjał zmienia się od wartości E dla prądu zerowego do wartości pracy E', a różnica ta nosi nazwę nadpotencjału (nadnapięcia) η

η=E'-E

Ponieważ ΔΦ zmienia się do wartości

ΔΦ=E+ η

wyrażenie na gęstość obu prądów przybierają postać

Po przekształceniach otrzymujemy równanie Butlera-Volmera

Gdy wartość nadpotencjału jest dodatnia, wówczas prąd jest anodowy (j>0, gdy η>0), natomiast gdy nadpotencjał jest ujemny, prąd jest katodowy (j<0, gdy η<0).

Zależność tę można również odwrócić i w ten sposób obliczyć różnicę potencjałów związaną z gęstością prądu j, która ustala się pod wpływem zewnętrznego źródła prądu

Wykres logarytmu gęstości prądu jako funkcji nadpotencjału (
) nosi nazwę wykresu Tafela. Z nachylenia wykresu otrzymuje się wartość
, z punktu przecięcia zaś, przy η=0 - gęstość prądu wymiany.

Rozważmy teraz zestaw doświadczalny stosowany o wyznaczania wykresu Tafela. Elektroda stosowana w doświadczeniu jest elektrodą pracującą, a przepływający przez nią prąd reguluje się z zasilacza zewnętrznego. Gdy oznaczymy powierzchnię elektrody symbolem A, a prąd I, gęstość prądu wyniesie I/A. Różnicy potencjału po obu stronach obszaru międzyfazowego nie można zmierzyć w sposób bezpośredni. Przy użyciu woltomierza można natomiast dokonać pomiaru potencjału elektrody pracującej względem trzeciej elektrody, która nosi nazwę elektrody odniesienia, gdyż w tej części obydwu nie płynie prąd elektryczny. Elektroda odniesienia znajduje się w kontakcie z roztworem w pobliżu elektrody pracującej , a zastosowanie „kapilary Luggina” pomaga w eliminacji różnic potencjał€, jakie przypadkowo mogą się pojawić. Zmiana przepływu prądu w pracującym obwodzie wywołuje zmianę potencjału pracującej elektrody, którą można zmierzyć przy użyciu woltomierza. Wartość nadpotencjału wyznacza się z różnicy potencjałów zmierzonych i bez przepływu prądu w obwodzie pracującym.

II

Literatura:

P.W.atkins ”Chemia fizyczna” PWN 2001 rozdz. 29 str. 850-854

III

Wykaz substancji chemicznych stosowanych w zadani:

Kwas azotowy 10 molowy 0021

roztwór azotanu srebra

roztwór kwasu siarkowego

roztwór siarczanu niklu

roztwór siarczanu cynku

roztwór siarczanu miedzi

IV

Oświadczam, że zapoznałem się z kartami charakterystyki w/w substancji i znane mi są właściwości tych substancji, sposoby bezpiecznego postępowania z nimi oraz zasady udzielania pierwszej pomocy w nagłych wypadkach.

---