Методы изучения кинетики электродных процессов презентация

Содержание

Лекция 5 Электрохимические методы анализа и их применение для изучения кинетики

Слайд 1Методы изучения кинетики электродных процессов
СПбГУ 2010


Слайд 2Лекция 5
Электрохимические методы анализа и их применение для изучения кинетики


Слайд 3Общая характеристика методов электрохимического анализа
Полярография

Ртутный капающий электрод;

rk
l
h


Слайд 4Общая характеристика методов электрохимического анализа
Полярография

Уравнение Ильковича


Слайд 5Общая характеристика методов электрохимического анализа
Вольтамперометрия

Уравнение Рендлса-Шевчика


Слайд 6Общая характеристика методов электрохимического анализа
Метод вращающегося диска

Уравнение Левича


Слайд 7Общая характеристика методов электрохимического анализа
Хронопотенциометрия (i=const)
Уравнение Санда


Слайд 8Разрешающая способность методов и скорость электронных процессов
Обратимые и необратимые процессы
Стадии: массоперенос,

гетерогенная электрохимическая реакция

Полярография:
Хронопотенциометрия:
Вольтамперометрия:
ВДЭ:


Слайд 9Разрешающая способность методов и скорость электронных процессов


Слайд 10Электродные процессы, контролируемые скоростью массопереноса; диффузионные токи
Линейная диффузия


Слайд 11
Электродные процессы, контролируемые скоростью массопереноса; диффузионные токи
Хроноамперометрия
Решаем в пределе столь отрицательных

потенциалов, что у поверхности Cox = 0, т.е.

Уравнение Коттрела




Слайд 12
Электродные процессы, контролируемые скоростью массопереноса; диффузионные токи
Хронопотенциометрия
Измерения при постоянном токе i,

значит, краевое условие – постоянный поток вещества

Уравнение Санда





Слайд 13Электродные процессы, контролируемые скоростью массопереноса; диффузионные токи
Хронопотенциометрия
Измерения при постоянном токе i
Измерения

при токе i=St1/2

Слайд 14
Электродные процессы, контролируемые скоростью массопереноса; диффузионные токи
Вольтамперометрия
Для обратимого процесса краевое условие

– уравнение Нернста и баланс потоков;

Для решения нужно добавить выражение и для восстановленной формы


Слайд 15Электродные процессы, контролируемые скоростью массопереноса; диффузионные токи
Вольтамперометрия


25 0С, ампер, моль/л, см2/с,

В/с

Уравнение Рэндлса-Шевчика

Для нерастворимого продукта



Слайд 16
Электродные процессы, контролируемые скоростью массопереноса; диффузионные токи
Полярография
В диффузионном уравнении надо учитывать

рост капли, т.е. Поверхность движется навстречу раствору

Отличается от уравнения Коттрела на (7/3)1/2 (~1.53 раза)


Слайд 17Электродные процессы, контролируемые скоростью массопереноса; диффузионные токи
Полярография
Уравнение Ильковича


Критерий диффузионного тока


Слайд 18
Электродные процессы, контролируемые скоростью массопереноса; диффузионные токи
ВДЭ
Нужно решать уравнение в условиях

конвективного переноса вещества

Потенциал может быть наложен как постоянный (как в хроноамперометрии), так и с разверткой (как в вольтамперометрии). От этого зависят граничные условия.

Скорость конвекции


Слайд 19
Электродные процессы, контролируемые скоростью массопереноса; диффузионные токи
ВДЭ
Предельный ток в случае наложения

на электрод постоянного потенциала; Краевые условия те же, что в хроноамперометрии:

Скорость конвекции

Уравнение Левича



Слайд 20Электродные процессы, контролируемые скоростью массопереноса; диффузионные токи
Обобщение приведенных зависимостей
Ток в цепи

пропорционален концентрации и зависит от фактора, определяющего скорость массопереноса:

Уравнение Левича - ВДЭ

Уравнение Рэндлса-Шевчика - вольтамперометрия

Уравнение Санда - хронопотенциометрия

Уравнение Коттрела - хроноамперометрия


Слайд 21Электродные процессы, контролируемые скоростью массопереноса; диффузионные токи
Обобщение приведенных зависимостей
Обобщенное уравнение:


Слайд 22Электродные процессы, контролируемые скоростью переноса заряда (необратимые системы)
Линейная диффузия


Слайд 23
Хроноамперометрия
Для определения краевых условий пишем изменение концентрации в электронной реакции и

её компенсацию диффузией


Второе краевое условие – превращение окисленной формы в восстановленную

Электродные процессы, контролируемые скоростью переноса заряда (необратимые системы)


Слайд 24Хроноамперометрия
Пренебрегая скоростью анодного процесса
В общем случае
Сравнение с диффузионным током
i/ig=1 при lt1/2=5

Условие

обратимости потенциостатического процесса


Электродные процессы, контролируемые скоростью переноса заряда (необратимые системы)


Слайд 25
Электродные процессы, контролируемые скоростью переноса заряда (необратимые системы)
Вольтамперометрия
Первое краевое условие аналогично

хроноамперометрии

Учитывая зависимость для kfh и уравнение развёртки потенциала, получим

где


Слайд 26Электродные процессы, контролируемые скоростью переноса заряда (необратимые системы)
Вольтамперометрия
Решение:
Максимальное значение функции 0.280,

значит ток пика

При 25 0С ток пика


Слайд 27Электродные процессы, контролируемые скоростью переноса заряда (необратимые системы)
Вольтамперометрия
Если скорости массопереноса и

обмена электронами сопоставимы, решение более сложное:

Эта функция зависит от параметра


Слайд 28Электродные процессы, контролируемые скоростью переноса заряда (необратимые системы)
Вольтамперометрия
Ток пика может быть

не пропорционален корню из скорости развертки

Слайд 29
Электродные процессы, контролируемые скоростью переноса заряда (необратимые системы)
Хронопотенциометрия
Первое краевое условие аналогично

хроноамперометрии

Ток выражается через количество прореагировавшего вещества

учитывая


Слайд 30Электродные процессы, контролируемые скоростью переноса заряда (необратимые системы)
Хронопотенциометрия

Критерий обратимости процесса:


Слайд 31
Электродные процессы, контролируемые скоростью переноса заряда (необратимые системы)
Полярография
краевые условия аналогичны хроноамперометрии


Слайд 32Электродные процессы, контролируемые скоростью переноса заряда (необратимые системы)
Полярография
Решение записывают через табулированную

функцию

Для необратимых процессов

Поэтому кинетический контроль заметен только у основания волны, где константа скорости невелика


Слайд 33
Электродные процессы, контролируемые скоростью переноса заряда (необратимые системы)
ВДЭ
краевые условия аналогичны хроноамперометрии


Слайд 34Электродные процессы, контролируемые скоростью переноса заряда (необратимые системы)
Решение:
Критерий необратимости:
ВДЭ


Слайд 35Электродные процессы, контролируемые скоростью переноса заряда (необратимые системы)
Обсуждение полученных зависимостей
Ток в

цепи пропорционален концентрации и зависит от фактора, определяющего скорость массопереноса:

ВДЭ

вольтамперометрия

хронопотенциометрия

хроноамперометрия


Слайд 36Электродные процессы, контролируемые скоростью переноса заряда (необратимые системы)
Для начального участка кривой

ток-потенциал:

Критерий необратимости: зависимость lg(i) от Е линейна;
В полярографии, кроме того, используют зависимость тока от высоты резервуара со ртутью.

Обсуждение полученных зависимостей

i не зависит от h


Слайд 37Электродные процессы с предшествующими реакциями первого порядка
Уравнения Фика с учётом химической

реакции:

Слайд 38Электродные процессы с предшествующими реакциями первого порядка
Хроноамперометрия
Вид уравнения аналогичен необратимым процессам;

Если Kk1t мала, уравнение сводится к

Слайд 39Электродные процессы с предшествующими реакциями первого порядка
Хроноамперометрия
Вид уравнения аналогичен необратимым процессам;

Если Kk1t мала, уравнение сводится к

Слайд 40Электродные процессы с предшествующими реакциями первого порядка
Полярография
Вид уравнения для тока в

случае быстрой реакции аналогичен хроноамперометрии

Слайд 41Электродные процессы с предшествующими реакциями первого порядка
Полярография
Подставляя параметры РКЭ, получим отношение

кинетического к предельному току в виде

Слайд 42Электродные процессы с предшествующими реакциями первого порядка
Вольтамперометрия – обратимый процесс
Дополнительно надо

решить уравнение Фика для восстановленной формы:

Слайд 43Электродные процессы с предшествующими реакциями первого порядка
Вольтамперометрия – обратимый процесс
Решение аналогично

диффузионному случаю,

Но вид функции зависит от l/a, где l=k1+k2

l/a мало

l/a велико

(a/l)1/2/K мало

(a/l)1/2/K велико


Слайд 44Электродные процессы с предшествующими реакциями первого порядка
Вольтамперометрия


Слайд 45Электродные процессы с предшествующими реакциями первого порядка
Вольтамперометрия – необратимый процесс
Дополнительно надо

решить уравнение :

Слайд 46Электродные процессы с предшествующими реакциями первого порядка
Вольтамперометрия – необратимый процесс
Решение аналогично

не осложненному реакцией случаю,

Но вид функции зависит от l/b, где l=k1+k2

l/b мало

l/b велико

(b/l)1/2/K мало

(b/l)1/2/K велико


Слайд 47Электродные процессы с предшествующими реакциями первого порядка
Вольтамперометрия


Слайд 48Электродные процессы с предшествующими реакциями первого порядка
Хронопотенциометрия
Дополнительно надо решить уравнение :
Решение

:

Слайд 49Электродные процессы с предшествующими реакциями первого порядка
Хронопотенциометрия
Для (k1+k2)1/2τk1/2 >2 :

Для (k1+k2)1/2τk1/2

<2 :

Слайд 50Электродные процессы с предшествующими реакциями первого порядка
ВДЭ
Дополнительно надо решить уравнение :
Решение

:

Слайд 51Электродные процессы, контролируемые скоростью переноса заряда (необратимые системы)
Полученные уравнения можно представить

в общем виде:

Обсуждение полученных зависимостей


Обратная связь

Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое ThePresentation.ru?

Это сайт презентаций, докладов, проектов, шаблонов в формате PowerPoint. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика