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 54

Файл №794273 A.J. Bard, L.R. Faulkner - Electrochemical methods - Fundamentals and Applications (A.J. Bard, L.R. Faulkner - Electrochemical methods - Fundamentals and Applications) 54 страницаA.J. Bard, L.R. Faulkner - Electrochemical methods - Fundamentals and Applications (794273) страница 542019-05-09СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 54)

The details are left to Problem 5.8(c).5.5.3Steady-state Voltammetry at a UMEOur concern now is with steady-state responses in systems with quasireversible or irreversible electron-transfer kinetics. We can limit (5.5.37) to the steady state simply by imposing the condition that 8 «1, which implies that у —> 1 andKs) =1ros(5.5.43)Since nothing in the brackets depends on s, the current is readily obtained by inversion.With rearrangement the result is:(5.5.44)which describes the steady-state current for any kinetic regime at a sphere or hemisphere.At very negative potentials relative to E°, в approaches zero and к becomes verylarge, so that the limiting current is given byFADOC%(5.5.45)as we have already seen. By dividing (5.5.44) with (5.5.45), one has1 + #c(l + ?0)(5.5.46)which compactly describes all steady-state voltammetric waves at spherical electrodes.One can easily see that as the potential is changed from values far positive of E tovalues far negative, i/id goes from zero to unity.

Thus a sigmoidal curve is found generallyin steady-state voltammetry. Figure 5.5.4 is a display of voltammograms corresponding tothe three kinetic regimes. For the reversible case, к —» °° at all potentials, and (5.5.46)200Chapter 5. Basic Potential Step Methods1.2fid/гт~~1.0 0.8 :-"~р-— Quasireversible-/гSS 0-6 "0.4 -0.2 -200Reversible IP/ —"—~~~£- \ ^ TotallyIrreversible/АУ У100-1009-20011-300-400-500(£-£°')/mVFigure 5.5.4 Steady-statevoltammograms at a spherical orhemispherical electrode for variouskinetic regimes.

Curves arecalculated from (5.5.46) assumingButler-Volmer kinetics with a = 0.5,and ro = 5 /mi, DQ = Z)R =1 X 10" 5 cm2/s. From left to rightthe values of £° are 2, 2 X 1(Г 2 ,2 X 10~3, and 2 X 10~4 cm/s.collapses to (5.4.54), represented as the leftmost curve in Figure 5.5.4. Smaller values ofk° cause a broadening and a displacement of the wave toward more extreme potentials,just as for waves based on sampled transients.(a) Total IrreversibilityIn Section 5.5.l(e), we determined that the criterion for total irreversibility is that в ~ 0over all points on the wave that are measurably above the baseline.

Thus, the limitingform of (5.5.46) is(5.5.47)1 +кOne can substitute for k{ and rearrange (5.5.47) to the formaF(5.5.48)which has a half-wave potential given byE\p, ~ERT(5.5.49)so that a standard plot of E vs. log[(/d - /)//] is expected to be linear with a slope of2303RT/aF (i.e., 59.I/a mV at 25°C) and an intercept of £ 1/2 . From the slope and intercept, one can obtain a and k° straightforwardly.(b) Kinetic RegimesWe can define the boundaries between the kinetic regimes in steady-state voltammetry inessentially the manner used in Section 5.5.l(f), but the focus now must be placed on thevalue of the parameter к at E° , which is Г^/DQ. This quantity, designated as к 0 , has asignificance for steady-state voltammetry essentially the same as that of A0 for voltammetry based on semi-infinite linear diffusion.

Even though currents are small at UMEs, current densities can be extremely high because of the very high mass transfer rates that canapply at UMEs. This is the aspect of their nature that provides access to heterogeneousrate constants of the most facile known reactions.5.5 Sampled-Current Voltammetry for Quasireversible and Irreversible Electrode Reactions201If a system is to appear reversible, then к at potentials in the neighborhood of E°must be large enough that (5.5.46) converges to (5.4.54). This will be true within the limits of experimental precision if к0 > 10.As argued in Section 5.5.l(f), total irreversibility applies when the wave is displacednegatively to such a degree that в ~ 0 across the whole wave.

If Ец2 — E0' is at least asnegative as -4.6RT/F, that condition will be satisfied. Thus the second term in (5.5.49)must be more negative than -4.6RT/F, implying that log к 0 < - 2 a .The quasireversible regime lies between these boundaries, in the range 10~ 2 Q ! <ic° < 10.(c) Other Electrode ShapesThe foregoing discussion is rigorous only for spherical and hemispherical electrodes,which are called uniformly accessible because there are no differences in mass transferover the electrode surface. Steady-state voltammetry can be carried out readily at otherUMEs, but for quasireversible and totally irreversible systems, the results are affected bythe nonuniformity in the flux at different points on the electrode surface.

At a disk UME,for example, mass transfer can support a flux to points near the edge that is much higherthan to points near the center; thus the kinetics must be activated more strongly to supportthe diffusion-limited current at the edge than in the center. The recorded voltammogramwould represent an average of behavior, with contributions from different points weightedby their diffusion-limited fluxes.There is a significant contrast here with Section 5.4.2(e), where we found that the results for reversible systems observed at spherical electrodes could be extended generallyto electrodes of other shapes. This is true for a reversible system because the potentialcontrols the surface concentration of the electroactive species directly and keeps it uniform across the surface.

Mass transfer to each point, and hence the current, is consequently driven in a uniform way over the electrode surface. For quasireversible andirreversible systems, the potential controls rate constants, rather than surface concentrations, uniformly across the surface. The concentrations become defined indirectly by thelocal balance of interfacial electron-transfer rates and mass-transfer rates.

When the electrode surface is not uniformly accessible, this balance varies over the surface in a way thatis idiosyncratic to the geometry. This is a complicated situation that can be handled in ageneral way (i.e., for an arbitrary shape) by simulation. For UME disks, however, the geometric problem can be simplified by symmetry, and results exist in the literature to facilitate the quantitative analysis of voltammograms (12).5.5.4Applications of Irreversible i-E Curves(a) Information from the Wave HeightExactly as in the reversible case, the plateau of an irreversible or quasireversible wave iscontrolled entirely by diffusion and can be used to determine any variable that contributesto /jj.

The most important applications involve the evaluation of C*, but it is sometimesuseful to determine n, A, D, or TQ from i&. Section 5.4.4(a), which covers these ideas, iswholly applicable to irreversible and quasireversible systems.(b) Information from the Wave Shape and PositionWhen the wave is not reversible, the half-wave potential is not a good estimate of the formal potential and cannot be used directly to determine thermodynamic quantities in themanner discussed in Section 5.4.4. In the case of a totally irreversible system, the waveshape and position can furnish only kinetic information, but quasireversible waves can202 P Chapter 5. Basic Potential Step Methodssometimes provide approximate values of E0' in addition to kinetic parameters.

Becausethe interpretation and information content of a wave's shape and position depends on thekinetic regime, it is essential to be able to diagnose the regime confidently.Wave shape is a useful indicator toward that end, especially if the «-value is known.One can characterize reversibility either by the slope of a plot of E vs. log[(/d - /)//] (the"wave slope") or by the difference \Ещ ~ Ещ\ (the Tomes criterion). Table 5.5.1 provides a summary of expectations for sampled-current voltammetry based either on earlytransients or on the steady state in all three kinetic regimes.

For reversible systems, thesefigures of merit are near 60/n mV at ambient temperatures. Significantly larger figuresoften signal a degree of irreversibility. For example, if the one-step, one-electron mechanism applies and a is between 0.3 and 0.7 (commonly true), then a totally irreversible system would show |£з/4 — Ещ\ between 65 and 150 mV.

Except when a is toward theupper end of the range, such behavior would represent a clear departure from reversibility. Similar effects are seen in wave slopes; however it is not always easy to analyze themprecisely, because wave-slope plots are slightly nonlinear for quasireversible voltammograms and for totally irreversible voltammograms based on early transients. The advantage of the Tomes criterion is that it is always applicable.If the electrode process is more complex than the one-step, one-electron model (e.g.,n > 1 with a rate-determining heterogeneous electron transfer), then the wave shape canbecome extremely difficult to analyze.

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
6505
Авторов
на СтудИзбе
302
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее