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 20

Файл №794273 A.J. Bard, L.R. Faulkner - Electrochemical methods - Fundamentals and Applications (A.J. Bard, L.R. Faulkner - Electrochemical methods - Fundamentals and Applications) 20 страницаA.J. Bard, L.R. Faulkner - Electrochemical methods - Fundamentals and Applications (794273) страница 202019-05-09СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 20)

Mobility usually carries dimensions of cm 2 V" 1 s" 1 (i.e., cm/s perV/cm). When a field of strength % is applied to an ion, it will accelerate under the forceimposed by the field until the frictional drag exactly counterbalances the electric force.Then, the ion continues its motion at that terminal velocity.

This balance is represented inFigure 2.3.4.The magnitude of the force exerted by the field is \z-\ e%, where e is the electroniccharge. The frictional drag can be approximated from the Stokes law as 6ттг]ги, where rjis the viscosity of the medium, r is the radius of the ion, and v is the velocity. When theterminal velocity is reached, we have by equation and rearrangement,The proportionality factor relating an individual ionic conductivity to charge, mobility,and concentration turns out to be the Faraday constant; thus(2.3.10)Direction of movementDrag forceч—УElectric forceFigure 2.3.4 Forces on a chargedparticle moving in solution under theinfluence of an electric field.

The forcesbalance at the terminal velocity.2.3 Liquid Junction Potentials67The transference number for species / is merely the contribution to conductivity made bythat species divided by the total conductivity:(2.3.11)For solutions of simple, pure electrolytes (i.e., one positive and one negative ionicspecies), such as KC1, CaCl2, and HNO 3 , conductance is often quantified in terms of theequivalent conductivity, Л, which is defined by(2.3.12)where C e q is the concentration of positive (or negative) charges. Thus, Л expresses theconductivity per unit concentration of charge. Since C\z\ = C e q for either ionic species inthese systems, one finds from (2.3.10) and (2.3.12) thatЛ = F(u+ + u-)(2.3.13)where u+ refers to the cation and u- to the anion.

This relation suggests that Л could beregarded as the sum of individual equivalent ionic conductivities,Л = Л+ + A_(2.3.14)Ai = Fu{(2.3.15)hence we findIn these simple solutions, then, the transference number tx is given byл(2.3.16)or, alternatively,(2.3.17)Transference numbers can be measured by several approaches (31, 32), and numerousdata for pure solutions appear in the literature. Frequently, transference numbers are measured by noting concentration changes caused by electrolysis, as in the experiment shownin Figure 2.3.3 (see Problem 2.11). Table 2.3.1 displays a few values for aqueous solutionsat 25°C.

From results of this sort, one can evaluate the individual ionic conductivities, Aj.Both Aj and t-x depend on the concentration of the pure electrolyte, because interactions between ions tend to alter the mobilities (31-33). Lists of A values, like Table 2.3.2, usuallygive figures for AOi, which are obtained by extrapolation to infinite dilution. In the absenceof measured transference numbers, it is convenient to use these to estimate t\ for pure solutions by (2.3.16), or for mixed electrolytes by the following equivalent to (2.3.11),(2.3.18)In addition to the liquid electrolytes that we have been considering, solid electrolytes, such as sodium /3-alumina, the silver halides, and polymers like polyethylene68Chapter 2.

Potentials and Thermodynamics of CellsTABLE 2.3.1 Cation Transference Numbersafor Aqueous Solutions at 25°CbConcentration, CeqElectrolyte0.010.050.10.2HC1NaClKC1NH4C1KNO3Na 2 SO 4K 2 SO 40.82510.39180.49020.49070.50840.38480.48290.82920.38760.48990.49050.50930.38290.48700.83140.38540.48980.49070.51030.38280.48900.83370.38210.48940.49110.51200.38280.4910aFrom D. A. Maclnnes, "The Principles of Electrochemistry," Dover, New York, 1961, p. 85 and referencescited therein.^Moles of positive (or negative) charge per liter.oxide/LiClO4 (34, 35), are sometimes used in electrochemical cells. In these materials,ions move under the influence of an electric field, even in the absence of solvent. For example, the conductivity of a single crystal of sodium /3-alumina at room temperature is0.035 S/cm, a value similar to that of aqueous solutions.

Solid electrolytes are technologically important in the fabrication of batteries and electrochemical devices. In some ofthese materials (e.g., a-Ag2S and AgBr), and unlike essentially all liquid electrolytes,TABLE 2.3.2 Ionic Properties at InfiniteDilution in Aqueous Solutions at 25°CIonA0,cm2n"1equiv"lflи, cm 2 sec" 1 V" 1 *H+K+Na +Li +NH^349.8273.5250.1138.6973.459.5019876.3478.476.8571.4440.968.079.844.48101.0110.53.6257.6195.1934.0107.616.1662.057.9128.137.967.4044.247.058.274.6101.0471.145ka2+OH~СГBr"I"NO3OAc"СЮ4kstitHCO3|Fe(CN)^|Fe(CN)^aX 10" 3X 10" 4X 10" 4X 10" 4X 10~4X 10~4X 10" 3X 10~4X 10" 4X 10" 4X 10" 4X 10" 4X 10" 4X 10" 4X 10" 4X 10~3X 10" 3From D.

A. Maclnnes, "The Principles of Electrochemistry,"Dover, New York, 1961, p. 342^Calculated from AQ.2.3 Liquid Junction Potentials69WWWWWWWWWWWWVWNA-JFigure 2.3.5 Experimental system fordemonstrating reversible flow of charge through acell with a liquid junction.there is electronic conductivity as well as ionic conductivity. The relative contribution ofelectronic conduction through the solid electrolyte can be found by applying a potential toa cell that is too small to drive electrochemical reactions and noting the magnitude of the(nonfaradaic) current. Alternatively, an electrolysis can be carried out and the faradaiccontribution determined separately (see Problem 2.12).2.3.4Calculation of Liquid Junction PotentialsImagine the concentration cell (2.3.3) connected to a power supply as shown in Figure2.3.5.

The voltage from the supply opposes that from the cell, and one finds experimentally that it is possible to oppose the cell voltage exactly, so that no current flows throughthe galvanometer, G. If the magnitude of the opposing voltage is reduced very slightly,the cell operates spontaneously as described above, and electrons flow from Pt to Pt' inthe external circuit. The process occurring at the liquid junction is the passage of anequivalent negative charge from right to left. If the opposing voltage is increased from thenull point, the entire process reverses, including charge transfer through the interface between the electrolytes. The fact that an infinitesimal change in the driving force can reverse the direction of charge passage implies that the electrochemical free energy changefor the whole process is zero.These events can be divided into those involving the chemical transformations at themetal-solution interfaces:(2.3.19)Н + (/3) + e(Pt') ^± ^Н 2(2.3.20)and that effecting charge transport at the liquid junction depicted in Figure 2.3.6:t+H+(a) + Г-СГ08) ^± t+ H + 08) + /- С Г (a)(2.3.21)Note that (2.3.19) and (2.3.20) are at strict equilibrium under the null-current condition;hence the electrochemical free energy change for each of them individually is zero.

Ofcourse, this is also true for their sum:H + 08) + e(Pt')H + (a)(2.3.22)(a2)LCI-Figure 2.3.6 Reversible charge transfer through the liquid junction inFigure 2.3.5.70Chapter 2. Potentials and Thermodynamics of Cellswhich describes the chemical change in the system.

The sum of this equation and thecharge transport relation, (2.3.21), describes the overall cell operation. However, since wehave just learned that the electrochemical free energy changes for both the overall processand (2.3.22) are zero, we must conclude that the electrochemical free energy change for(2.3.21) is also zero. In other words, charge transport across the junction occurs in such away that the electrochemical free energy change vanishes, even though it cannot be considered as a process at equilibrium. This important conclusion permits an approach to thecalculation of junction potentials.Let us focus first on the net chemical reaction, (2.3.22). Since the electrochemicalfree energy change is zero,^H+ + Jg = /Zg+ + jS*FE = F(0 P t ' - <£pt) = £&+ - ДЙ+Е = ^1п^(2.3.23)(2.3.24)+ (фР-фа)(2.3.25)The first component of E in (2.3.25) is merely the Nernst relation for the reversible chemical change, and ф@ — фа is the liquid junction potential.

In general, for a chemically reversible system under null current conditions,^cell = ^Nernst + Щ(2.3.26)hence the junction potential is always an additive perturbation onto the nernstian response.To evaluate E}, we consider (2.3.21), for whicht+JL^ + t_ J&- = t+^H+ + t_ /Zg r(2.3.27)Thus,- - lib-) = 01J Lft c\-(2.3.28)P -фа)\= 0 (2.3.29)JActivity coefficients for single ions cannot be measured with thermodynamic rigor (30,36, 37-38); hence they are usually equated to a measurable mean ionic activity coefficient.Under this procedure, ag+ = ogj- = ax and a^+ = a^x- = a2. Since t+ + t- = 1, wehaveа- ф ) = (t+ - t_) Щ- In ^(2.3.30)for a type 1 junction involving 1:1 electrolytes.Consider, for example, HC1 solutions with ax = 0.01 and a2 = 0.1.

We can see fromTable 2.3.1 that t+ = 0.83 and t- = 0.17; hence at 25°C(\^ y ) - -39.1 mV/(2.3.31)For the total cell,E = 59.1 log ^ + £j = 59.1 - 39.1 = 20.0 mV(2.3.32)thus, the junction potential is a substantial component of the measured cell potential.In the derivation above, we made the implicit assumption that the transference numbers were constant throughout the system. This is a very good approximation for junctions2.3 Liquid Junction Potentials «I 71of type 1; hence (2.3.30) is not seriously compromised. For type 2 and type 3 systems, itclearly cannot be true.

Характеристики

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

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. 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