699


Tomasz Andryszewski

Ćwiczenie 2.

Wyznaczanie stałych równania Tafela

Przepływ prądu stałego przez roztwór elektrolitu może dostarczyć ważnych informacji o samym roztworze elektrolitu a przede wszystkim o procesach elektrodowych. Zanurzając do roztworu HCl dwie obojętne, elektrody platynowe i podłączając je do zewnętrznego źródła prądu stałego można wymusić proces elektrolizy pod warunkiem przyłożenia napięcia nieco wyższego od napięcia 0x01 graphic
określonego wzorem:

0x01 graphic
0x01 graphic
(1)

W równaniu (1) A jest powinowactwem chemicznym reakcji zachodzącej podczas elektrolizy, ve jest to bezwzględna wartość stechiometrycznego współczynnika elektronów zaś F to stała Faraday'a. W wyniku elektrolizy na katodzie zachodzi proces redukcji zaś na anodzie utleniania.

Najważniejszym etapem procesu elektrodowego jest etap przeniesienia ładunku pomiędzy substratem a elektrodą metaliczną. Właśnie te przeniesienie ładunku jest najwolniejszym etapem procesu elektrodowego. Szybkość procesu elektrodowego v mierzy się za pomocą gęstości prądowej i:

0x01 graphic
(2)

W równaniu (2) n to liczba elektronów biorąca udział w reakcji elektrodowej. Wprowadzając pojęcie nadpotencjału (nadnapięcia) η, jako różnicy potencjałów elektrody spolaryzowanej i elektrody odwracalnej, co można zapisać jako równanie:

0x01 graphic
(3)

można zapisać równanie (2) opisujące szybkość procesu elektrodowego w postaci najczęściej spotykanej:

0x01 graphic
(4)

W równaniu (4) α oznacza współczynnik przejścia, 0x01 graphic
. Nadpotencjał η wchodzący anodzie skład równania (4) jest zależny jedynie od procesu przenoszenia ładunku i bywa nazywany nadpotencjałem aktywacyjnym. Przyjmuje się ponadto, że dla procesu katodowego ηk<0 oraz ik>0, procesowi anodowemu będzie odpowiadał ηa>0 oraz ia<0. Jeżeli ηk<0 to równanie (4) upraszcza się do postaci:

0x01 graphic
(5)

Logarytmując równanie (5) otrzymujemy postać:

0x01 graphic
(6)

Przyjmując, że 0x01 graphic
oraz 0x01 graphic
można równanie (6) zapisać w prostszej postaci:

0x01 graphic
(7)

Równanie (7) nazywa się równaniem Tafela dla procesu katodowego. Podobne przekształcenia stosuje się, gdy rozpatruje się proces anodowy gdzie ηa>0. Wówczas końcowa postać równania Tafela wygląda następująco:

0x01 graphic
(8)

Sporządzając wykres zależności 0x01 graphic
otrzymuje się linię prostą, dzięki której można wyznaczyć stałe ak/a i bk/a z równań (7) i (8).

Otrzymane wyniki

Badanym roztworem była azotan V niklu

Dane do wykresu:

U [V]

I [mA]

U [V]

I [mA]

-0,00

0

-1,00

0,00178

-0,05

0

-1,05

0,002047

-0,10

0

-1,10

0,002581

-0,15

0

-1,15

0,003471

-0,20

0

-1,20

0,004094

-0,25

0

-1,25

0,006942

-0,30

0,000142

-1,30

0,00979

-0,35

0,000142

-1,35

0,012994

-0,40

0,000178

-1,40

0,01691

-0,45

0,000178

-1,45

0,02047

-0,50

0,000267

-1,50

0,023496

-0,55

0,000267

-1,55

0,025988

-0,60

0,000356

-1,60

0,02759

-0,65

0,000409

-1,65

0,029014

-0,70

0,000445

-1,70

0,030616

-0,75

0,000641

-1,75

0,032218

-0,80

0,000712

-1,80

0,033998

-0,85

0,000801

-1,85

0,035956

-0,90

0,000979

-1,90

0,038626

-0,95

0,001424

Na podstawie powyższych danych stworzono wykres zależności I=f(U)

0x01 graphic

Równanie linii trendy ma postać y = -0,0478x - 0,0509.

Chcąc wyznaczyć potencjał rozkładowy azotany niklu, należy wstawić do tego równania w miejsce y wartość 0 i rozwiązać otrzymane równanie względem x.

Stąd x = -1,06V

Obliczone gęstości prądu (J) są następujące (zakładamy, że powierzchnia elektrody wynosi 10-4 m2)

η [V]

J [A/m2]

lnJ

η [V]

J [A/m2]

lnJ

0,00

0

--------

-1,00

0,0178

-4,02856

-0,05

0

--------

-1,05

0,02047

-3,88879

-0,10

0

--------

-1,10

0,02581

-3,65699

-0,15

0

--------

-1,15

0,03471

-3,36073

-0,20

0

--------

-1,20

0,04984

-2,99894

-0,25

0

--------

-1,25

0,06942

-2,66758

-0,30

0,001424

-6,55429

-1,30

0,0979

-2,32381

-0,35

0,001424

-6,55429

-1,35

0,12994

-2,04068

-0,40

0,00178

-6,33114

-1,40

0,1691

-1,77727

-0,45

0,00178

-6,33114

-1,45

0,2047

-1,58621

-0,50

0,00267

-5,92568

-1,50

0,23496

-1,44834

-0,55

0,00267

-5,92568

-1,55

0,25988

-1,34754

-0,60

0,00356

-5,63799

-1,60

0,2759

-1,28772

-0,65

0,004094

-5,49823

-1,65

0,29014

-1,23739

-0,70

0,00445

-5,41485

-1,70

0,30616

-1,18365

-0,75

0,006408

-5,05021

-1,75

0,32218

-1,13264

-0,80

0,00712

-4,94485

-1,80

0,33998

-1,07887

-0,85

0,00801

-4,82706

-1,85

0,35956

-1,02287

-0,90

0,00979

-4,62639

-1,90

0,38626

-0,95124

-0,95

0,01424

-4,2517

Kolejnym krokiem było stworzenie wykresu zależności

0x01 graphic

Na podstawie równania linii trendu jestem w stanie wyznaczyć stałe równania Tafela

ηk = -0,2241 ln(J) - 1,8694, stąd stałe mają wartości:

a = -1,8694 V

b = -0,2241 V

Znając wzór opisujący nadpotencjał dla znacznej polaryzacji

0x01 graphic

wyznaczyć mogę:

  1. współczynnik przeniesienia ładunku dla procesu katodowego

0x01 graphic

, gdzie

0x01 graphic
- współczynnik przeniesienia ładunku dla procesu katodowego

R - stała gazowa (8,31433 J/mol*K)

Z - ilość wymienianych elektronów przez kation (z = 2)

b - stała równania Tafela

F - stała Faradaya 96500C/mol

T - temperatura (273,15K)

Stąd 0x01 graphic

  1. gęstość prądu wymiany

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Zestawienie otrzymanych wyników:

]

Roztwór

Potencjał rozkładowy [V]

Ładunek kationu z

Gęstość prądu wymiany J0 [Am-2]

Współczynnik przeniesienia ładunku α

Ni(NO3)2

-1,06

2

2,3828*10-4

0,05251



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
698 699
699 735
699
699
699
699
M1949050000001 699
699
698 699
699 0003
699 0014
699 0010
699 0012
699 0005
699 actual
Nuestro Circulo 699 SERGIO GIARDELLI 1955 2015 16 de enero de 2016
699 0001
699 0007
699 0004

więcej podobnych podstron