Главная » Просмотр файлов » A.J. Bard, L.R. Faulkner - Electrochemical methods - Fundamentals and Applications

A.J. Bard, L.R. Faulkner - Electrochemical methods - Fundamentals and Applications (794273), страница 11

Файл №794273 A.J. Bard, L.R. Faulkner - Electrochemical methods - Fundamentals and Applications (A.J. Bard, L.R. Faulkner - Electrochemical methods - Fundamentals and Applications) 11 страницаA.J. Bard, L.R. Faulkner - Electrochemical methods - Fundamentals and Applications (794273) страница 112019-05-09СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

At any time, the volume of the diffusion layer isCo(x =II5(r2)8(/ 3 )Figure 1.4.5 Growth of thediffusion-layer thickness with time.1.4 Introduction to Mass-Transfer-Controlled ReactionsNo convectiont35Figure 1.4.6 Current-time transient for a potential step toa stationary electrode (no convection) and to an electrode instirred solution (with convection) where a steady-state current isattained.A8o(t). The current flow causes a depletion of O, where the amount of О electrolyzedis given byMoles of О electrolyzedin diffusion layerГ (mi ^ ( Qf'idtfidt(Лл~mBy differentiation of (1.4.30) and use of (1.4.29),[Cg - Co(x = 0)] A d8(t)2dt=|nF= 0)](1.4.31)ord8(t)flfr=2D O5(0(1.4.32)Since 5(0 = 0 at Г = 0, the solution of (1.4.32) is8(t) = 2VD~t(1.4.33)and(1.4.34)This approximate treatment predicts a diffusion layer that grows with tl/2 and a currentthat decays with t~l/2.

In the absence of convection, the current continues to decay, butin a convective system, it ultimately approaches the steady-state value characterized byS(0 ~ ^o (Figure 1.4.6). Even this simplified approach approximates reality quiteclosely; equation 1.4.34 differs only by a factor of 2/тг1^2 from the rigorous descriptionof current arising from a nernstian system during a potential step (see Section 5.2.1).1.5 SEMIEMPIRICAL TREATMENT OF NERNSTIANREACTIONS WITH COUPLED CHEMICAL REACTIONSThe current-potential curves discussed so far can be used to measure concentrations,mass-transfer coefficients, and standard potentials.

Under conditions where the electrontransfer rate at the interface is rate-determining, they can be employed to measure heterogeneous kinetic parameters as well (see Chapters 3 and 9). Often, however, one isinterested in using electrochemical methods to find equilibrium constants and rate constants of homogeneous reactions that are coupled to the electron-transfer step. This section provides a brief introduction to these applications.361,5.1Chapter 1.

Introduction and Overview of Electrode ProcessesCoupled Reversible ReactionsIf a homogeneous process, fast enough to be considered always in thermodynamic equilibrium (a reversible process), is coupled to a nernstian electron-transfer reaction, then one canuse a simple extension of the steady-state treatment to derive the i-E curve.

Consider, for example, a species О involved in an equilibrium that precedes the electron-transfer reaction14A «± О + qYО + ne «± R(1.5.1)(1.5.2)For example, A could be a metal complex, MYq+; О could be the free metal ion, M n + ;and Y could be the free, neutral ligand (see Section 5.4.4). For reaction 1.5.2, the Nernstequation still applies at the electrode surface,(1.5.3)and (1.5.1) is assumed to be at equilibrium everywhere:C(1.5.4)AHenceKCA(x = 0)nF(1.5.5)Assuming (1) that at t = 0, C A = C*> CY = C*, and C R = 0 (for all JC); (2) that C* is solarge compared to C* that CY(x = 0) = C* at all times; and (3) that К «1; then atsteady statenFA- CA(x = 0)](1.5.6)(1.5.7)= 0)(1.5.8)Then, as previously,С Ax = 0) =(// ~ 0nFAmkCR(x = 0) =(1.5.9)(1.5.10)E = El/2 + (0.059/л) log -4—where14To simplify notation, charges on all species are omitted.(T = 25°)(1.5.11)1.5 Semiempirical Treatment of Nemstian Reactions with Coupled Chemical Reactions ^1 37Thus, the i-E curve, (1.5.11), has the usual nernstian shape, but Ещ is shifted in a negative direction (since К «1) from the position that would be found for process 1.5.2 unperturbed by the homogeneous equilibrium.

From the shift of Ещ with log Cy, bothq [= —(n/0.059)(dEi/2/d log C Y ] and К can be determined. Although these thermodynamic and stoichiometric quantities are available, no kinetic or mechanistic informationcan be obtained when both reactions are reversible.Coupled Irreversible Chemical ReactionsWhen an irreversible chemical reaction is coupled to a nernstian electron transfer, the i-Ecurves can be used to provide kinetic information about the reaction in solution.

Considera nernstian charge-transfer reaction with a following first-order reaction:О + ne ^± R(1.5.13)k(1.5.14)R->Tlwhere к is the rate constant (in s ) for the decomposition of R. (Note that к could be apseudo-first-order constant, such as when R reacts with protons in a buffered solution andк = к'Сц+.) As an example of this sequence, consider the oxidation of p-aminophenol inacid solution.2H + + 2e+ NH 3(1.5.15)(1.5.16)Reaction 1.5.16 does not affect the mass transfer and reduction of O, so (1.4.6) and(1.4.9) still apply (assuming CQ = CQ and C R = 0 at all x at t = 0). However, the reactioncauses R to disappear from the electrode surface at a higher rate, and this difference affects the i-E curve.In the absence of the following reaction, we think of the concentration profile for R asdecreasing linearly from a value CR(x = 0) at the surface to the point where C R = 0 at 8,the outer boundary of the Nernst diffusion layer.

The coupled reaction adds a channel fordisappearance of R, so the R profile in the presence of the reaction does not extend as farinto the solution US 8. Thus, the added reaction steepens the profile and augments masstransfer away from the electrode surface. For steady-state behavior, such as at a rotatingdisk, we assume the rate at which R disappears from the surface to be the rate of diffusionin the absence of the reaction [(mRCR(;t = 0); see (1.4.8)] plus an increment proportionalto the rate of reaction [/X£CR(JC = 0)]. Since the rate of formation of R, given by (1.4.6),equals its total rate of disappearance, we havenFA= mo\C% - Co(x = 0)] - mRCR(x = 0) + fxkCR(x = 0)(1.5.17)38Chapter 1.

Introduction and Overview of Electrode Processeswhere /UL is a proportionality constant having units of cm, so that the product \xk has dimensions of cm/s as required. In the literature (3), \x is called the reaction layer thickness. For our purpose, it is best just to think of /UL as an adjustable parameter. From(1.5.17),Substituting these values into the Nernst equation for (1.5.13) yields(1.5.20)orE = E[/2 + ° ^ iOgfc^(at25°C)(1.5.21)where•Ч^Ц^)(1.5.22)or^[^(1.5.23))where Ещ is the half-wave potential for the kinetically unperturbed reaction.Two limiting cases can be defined: (a) When fik/m^ «1, that is /лк « m R , the effect of the following reaction, (1.5.14), is negligible, and the unperturbed i-E curve results, (b) When fxk/mR »1, the following reaction dominates the behavior andт(1.5.24)^тThe effect is to shift the reduction wave in & positive direction without a change in shape.For the rotating disk electrode, where m R = 0.62DR/3<<>1/2^~1/6, (1.5.24) becomes [assumi n g ^ Ф/(со)]г,ЕШг^0.059,= El/2 + - a - logM0 6 2 D 2^-0.059 11 / 6--2Гbg со/1*1*4(1.5.25)An increase of rotation rate, со, will cause the wave to shift in a negative direction (towardthe unperturbed wave; see Figure 1.5.1).

A tenfold change in со causes a shift of 0.03/n V.A similar treatment can be given for other chemical reactions coupled to the chargetransfer reaction (4). This approach is often useful in formulating a qualitative or semiquantitative interpretation of i-E curves. Notice, however, that unless explicit expressionsfor m R and [i can be given in a particular case, the exact values of к cannot be determined.The rigorous treatment of electrode reactions with coupled homogeneous chemical reactions is discussed in Chapter 12.1.6 The Literature of Electrochemistry39Figure 1.5.1 Effect of an irreversiblefollowing homogeneous chemical reactionon nernstian i-E curves at a rotating diskelectrode.

(7) Unperturbed curve. (2) and (3)Curves with following reaction at two rotationrates, where the rotation rate for(3) is greater than for (2).1.6 THE LITERATURE OF ELECTROCHEMISTRYWe now embark on more detailed and rigorous considerations of the fundamentalprinciples of electrode reactions and the methods used to study them. At the outset,we list the general monographs and review series in which many of these topics aretreated in much greater depth. This listing is not at all comprehensive, but does represent the recent English-language sources on general electrochemical subjects.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
23,21 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
А знаете ли Вы, что из года в год задания практически не меняются? Математика, преподаваемая в учебных заведениях, никак не менялась минимум 30 лет. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6489
Авторов
на СтудИзбе
303
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее