Patryk Ulatowski

Ćwiczenie2

WYZNACZANIE STAŁYCH RÓWNANIA TAFELA

W stanie równowagi przez elektrodę przepływają dwa wzajemnie znoszące się prądy szczątkowe. Ich wartość bezwzględna nazywa się prądem wymiany. Gęstość prądu wymiany j₀, przy dowolnym potencjale równowagowym, można wyrazić przez funkcję aktywności utlenionej i zredukowanej postaci substancji elektroaktywnej zgodnie z równaniem:

Zależność j₀ od C_Ox lub C_Red pozwala wyznaczyć współczynnik przejścia α.

Częściej gęstość prądu wyraża się przez funkcję nadnapięcia
i gęstości prądu wymiany. Stąd mamy równanie:

Jeżeli nadnapięcie jest małe
, to
. Wykres zależności gęstości prądu od nadnapięcia
nazywa się krzywą polaryzacji.

Wartość prądu wymiany jest miarą odchylenia potencjału elektrody od wartości równowagowej podczas przepływu prądu zewnętrznego. Im większe jest to odchylenie, tym powolniejsza jest reakcja przejścia. Łącząc dwa powyższe równania mamy:

Odwrotność tego ilorazu różniczkowego ma postać:

i ma wymiar oporu. Jest to opór polaryzacyjny przy potencjale równowagowym.

Wykres zależności nadnapięcia od logarytmu naturalnego bezwzględnej wartości gęstości prądu nazywa się wykresem Tafela.

Dla większych nadnapięć
reakcja przejścia przybiera charakter nieodwracalny. Stąd krzywa polaryzacji jest tutaj opisana równaniem Tafela, które ma następującą postać:

Zakładając, ze dla procesu anodowego wielkości a i b są stałe i że napięcie przyłożone do elektrod jest równe nadpotencjałowi wydzielania danego jonu na katodzie można obliczyć prąd wymiany
i współczynnik przeniesienia ładunku α korzystając ze wzoru (w którym
oznacza nadpotencjał katody):

Opracowanie wyników:

Badane roztwory:
,
oba 0,01 mol/l

I [A]	mm	I [mA]	J[A/m^2]	Ln(J)
1,78E-07	1	0,00018	1,78E-03	-6,33114
2,67E-07	1,5	0,00027	2,67E-03	-5,92568
3,56E-07	2	0,00036	3,56E-03	-5,63799
5,34E-07	3	0,00053	5,34E-03	-5,23253
1,07E-06	6	0,00107	1,07E-02	-4,53938
1,60E-06	9	0,00160	1,60E-02	-4,13392
2,49E-06	14	0,00249	2,49E-02	-3,69208
3,38E-06	19	0,00338	3,38E-02	-3,3867
3,74E-06	21	0,00374	3,74E-02	-3,28662
4,63E-06	26	0,00463	4,63E-02	-3,07305
5,70E-06	32	0,00570	5,70E-02	-2,86541
1,03E-05	58	0,01032	1,03E-01	-2,2707
2,23E-05	125	0,02225	2,23E-01	-1,50283

I [A]	mm	I [mA]	J[A/m^2]	Ln(J)
6,23E-07	3,5	0,00062	6,23E-03	-5,07838
7,12E-07	4	0,00071	7,12E-03	-4,94485
7,12E-07	4	0,00071	7,12E-03	-4,94485
8,90E-07	5	0,00089	8,90E-03	-4,7217
9,79E-07	5,5	0,00098	9,79E-03	-4,62639
1,34E-06	7,5	0,00134	1,34E-02	-4,31624
1,78E-06	10	0,00178	1,78E-02	-4,02856
2,67E-06	15	0,00267	2,67E-02	-3,62309
3,74E-06	21	0,00374	3,74E-02	-3,28662
4,27E-06	24	0,00427	4,27E-02	-3,15309
5,16E-06	29	0,00516	5,16E-02	-2,96385
5,16E-06	29	0,00516	5,16E-02	-2,96385
5,52E-06	31	0,00552	5,52E-02	-2,89715
7,12E-06	40	0,00712	7,12E-02	-2,64226
1,07E-05	60	0,01068	1,07E-01	-2,2368
1,60E-05	90	0,01602	1,60E-01	-1,83133
2,87E-05	161	0,02866	2,87E-01	-1,24974

stałe równania Tafela

dla siarczanu miedzi: a= -1,5723, b= -0,1309

dla kwasu siarkowego: a= -1,7629, b= -0,2191

na podstawie wzoru na nadpotencjał znacznej polaryzacji wyznaczono:

1) współczynnik przeniesienia ładunku dla procesu katodowego

R= 8.314 J/mol*K, T=273.15 K, F=96500 C/mol

,

2) gęstość prądu wymiany

,

	CuSO4		H2SO4
Ln(j0)	-12,011513		-8,04616
J0 [A/m^2]	6,074E-06		0,00032
Roztwór	Ładunek kationu z	Gęstość prądu wymiany J0 [A/m^2]			Współczynnik przeniesienia ładunku α
CuSO4	2	6,0739E-06			0,08989
H2SO4	1	0,0003203			0,10741

---