Ćwiczenie 2

Metoda potencjostatyczna

Aleksandra Kosior

Karolina Marchańska

Grupa 33T1

Zespół 3

1. Wstęp

Najczęściej stosuje się metodę potencjostatyczną. Polega ona na pobudzeniu układu elektrochemicznego impulsem o stałej wartości potencjału i śledzeniu zmiany gęstości prądu w czasie. Dla zmienianego skokowo potencjału odczytujemy i rejestrujemy wartość gęstości prądu aż do jego ustalenia.

Pomiar odbywa się w naczyńku trójelektrodowym, w którego skład wchodzi elektroda badana, elektroda pomocnicza i elektroda odniesienia. Mierzony prąd polaryzacyjny płynie pomiędzy elektrodą badaną a elektrodą pomocniczą. W układzie elektroda badana - elektroda odniesienia prąd nie płynie. Układ ten służy do kontroli potencjału elektrody badanej.

Schemat obwodu dla potencjo statycznego pomiaru polaryzacyjnego.

Równanie Tafela jest to równanie, które opisuje zależność szybkości reakcji elektrochemicznej od nadpotencjału elektrody . Zakłada ono, że szybkość reakcji odwrotnej jest mała w porównaniu z szybkością reakcji biegnącej wprost. Stosuje się je dla wysokich nadpotencjałów. Dla niskich nadpotencjałów prąd jest zazwyczaj zależny liniowo od polaryzacji.

η = a + blog|j|

η- nadpotencjał

a – stała, która dla η=0 wyznacza wartość gęstości prądu wymiany

b - stała Tafela, współczynnik kierunkowy linii polaryzacji [V].

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było określenie potencjału korozyjnego metali z wykorzystaniem metody Tafela.

1. Pomiary i wykonane wykresy

Obliczenie objętości kwasu H₂SO₄ potrzebnej do wykonania ćwiczenia:

Dane dla kwasu:

C_p = 98%

ρ = 1, 84 g/cm³

C_m = 0, 5mol/dm³

m = 0, 5 • 98, 08 = 49, 04g

$$\frac{49,04 \bullet 100}{98} = 50,04\ g$$

$$V = \frac{50,04}{1,84} = 27,2\ \text{cm}^{3}$$

Powierzchnie poszczególnych płytek

Al [mm^2]	Cu [mm^2]	Ni [mm^2]
285	272	120

1. Nikiel

Potencjał stacjonarny dla Ni -227 mV

Na wykresie przedstawiającym polaryzację niklu można wyróżnić kilka charakterystycznych odcinków przedstawiających zmianę gęstości prądu od potencjału. Etap pierwszy to wykres zbliżony do liniowego. W obszarze tym występuje redukcja wodoru: 2H⁺ + 2e = H₂.

Obserwujemy wzrost potencjału przy niewielkiej zmianie gęstości natężenia.

Kolejny etap to ponowny liniowy wzrost potencjału. W tym etapie możemy zaobserwować utlenianie niklu: Ni = Ni₂⁺ + 2e.

Po punkcie przegięcia obserwujemy powstanie tlenku niklu:

2Ni +3H₂SO₄ →Ni₂O₃+3SO₂ + 3H₂O.

Wartość bezwzględna prądu korozyjnego dla niklu wynosi 10^2,52= 334,05 mA/cm2 .

Potencjał korozyjny -224,62 mV.

1. Miedź

Potencjał stacjonarny dla Cu -50 mV

Krzywa polaryzacji dla miedzi ma zupełnie inny przebieg niż krzywa polaryzacji dla niklu. Na początku znów obserwujemy liniowy przebieg wykresu, jednak jest on zupełnie inny niż w poprzednim przypadku. W obszarze tym występuje redukcja wodoru: 2H⁺ + 2e = H₂.

Następnie obserwujemy duży wzrost potencjały względem elektrody odniesienia przy niewielkich zmianach gęstości natężenia prądu.

W kolejnym etapie ponownie obserwujemy liniowy przebieg wykresu z niewielkim szumem. Zachodzi w nim utlenianie miedzi Cu = Cu₂⁺ + 2e.

Z krzywej polaryzacji miedzi nie możemy wyznaczyć prądu korozyjnego oraz potencjału korozyjnego dla tego pierwiastka metodą Tafela. Dzieje się tak gdyż miedź wydziela się na druciku platynowym, ponieważ miedź nie reaguje z rozcieńczonym kwasem siarkowym (VI),
co jest niezgodne z podstawowym założeniem jego teorii.

1. Glin

Potencjał stacjonarny dla Al -322,0 mV

Początkowo obserwujemy małą zmianę gęstości prądu, jest ona spowodowana pasywacją tlenkową.

Wartość bezwzględna prądu korozyjnego dla glinu wynosi 10^1,71 = 51,07 mA/cm2 .

Potencjał korozyjny -480,8 mV.

1. Wnioski

Na podstawie otrzymanych wyników można wnioskować, że najlepszą odporność na korozję wykazywać będzie miedź, a najsłabszą nikiel.

Wyznaczony prąd korozyjny oraz potencjał może odbiegać od rzeczywistego. Powodem jest niedokładność wykresów. Szumy występujące na wykresach wynikają z zakłóceń podczas wykonywania pomiaru.