WikiDer > Уравнение Тафеля

Tafel equation
Тафелевый участок для анодного процесса

В Уравнение Тафеля это уравнение в электрохимическая кинетика относящиеся к ставке электрохимический реакция на перенапряжение.[1] Уравнение Тафеля сначала было выведено экспериментально, а позже было показано, что оно имеет теоретическое обоснование. Уравнение названо в честь швейцарского химика. Юлиус Тафель.

«Он описывает, как электрический ток через электрод зависит от разницы напряжений между электродом и основным электролитом для простой мономолекулярной окислительно-восстановительной реакции».[2][циркулярная ссылка]

Когда электрохимическая реакция происходит в двух половина реакции на отдельных электроды, уравнение Тафеля применяется к каждому электроду отдельно. На одном электроде уравнение Тафеля можно записать как:

 

 

 

 

(1)

куда

Здесь можно найти подтверждение и дальнейшее объяснение этого уравнения.[4] Уравнение Тафеля - это приближение Батлера-Фольмера уравнение в случае .

«[Уравнение Тафеля] предполагает, что концентрации на электроде практически равны концентрациям в объеме электролита, что позволяет выражать ток только как функцию потенциала. Другими словами, предполагается, что скорость массопереноса электрода равна намного больше, чем скорость реакции, и что в реакции преобладает более медленная скорость химической реакции ".[5][циркулярная ссылка]

Кроме того, для данного электрода уравнение Тафеля предполагает, что обратная половина скорости реакции пренебрежимо мала по сравнению со скоростью прямой реакции.

Обзор условий

Ток обмена - это ток в состоянии равновесия, то есть скорость, с которой окисленные и восстановленные частицы переносят электроны с электродом. Другими словами, плотность тока обмена - это скорость реакции при обратимом потенциале (когда перенапряжение по определению равно нулю). При обратимом потенциале реакция находится в равновесии, что означает, что прямая и обратная реакции протекают с одинаковой скоростью. Эта скорость представляет собой плотность тока обмена.

Наклон Тафеля измерен экспериментально. Однако теоретически можно показать, что, когда доминирующий механизм реакции включает передачу одного электрона, который

где A определяется как

 

 

 

 

(2)

куда

Уравнение для случая массопереноса электрода, которым нельзя пренебречь

В более общем случае

«Следующий вывод расширенного уравнения Батлера-Фольмера адаптирован из вывода Барда и Фолкнера, Ньюмана и Томаса-Алии».[6][циркулярная ссылка]«[...] ток выражается как функция не только потенциала (как в простой версии), но и заданных концентраций. Скорость массопереноса может быть относительно небольшой, но это единственное влияние на химические вещества. реакция происходит через измененные (заданные) концентрации. Фактически, концентрации также являются функцией потенциала ".[5]

Уравнение Тафеля также можно записать как:

 

 

 

 

(3)

куда

Демонстрация

Как видно из уравнения (1),

, так:

, как видно из уравнения (2) и потому что .

потому что [7][циркулярная ссылка][8][циркулярная ссылка]

за счет массопереноса электродов [9][циркулярная ссылка] , что в итоге приводит к уравнению (3).

Уравнение при малых значениях поляризации

Другое уравнение применимо при низких значениях поляризации. . В этом случае зависимость тока от поляризации обычно линейная (не логарифмическая):

[3]

Эта линейная область называется поляризационное сопротивление из-за его формального сходства с Закон Ома.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Bard, A.J .; Фолкнер, Л. Р. «Электрохимические методы. Основы и приложения »2-е изд. Вили, Нью-Йорк. 2001 г. ISBN 0-471-04372-9
  2. ^ «Применимость».
  3. ^ а б «Предельные случаи уравнения Батлера – Фольмера».
  4. ^ «Проверка уравнения Тафеля».
  5. ^ а б «Применимость».
  6. ^ «Вывод расширенного уравнения Батлера-Фольмера».
  7. ^ «Связь между постоянной Авогадро и постоянной Больцмана».
  8. ^ «Связь между постоянной Авогадро Na и постоянной Фарадея F».
  9. ^ «Выражение через стандартную константу скорости K = k0».
  • G.T. Бурштейн (2005). "Век уравнения Тафеля: 1905–2005 гг. Памятный выпуск науки о коррозии". Наука о коррозии. 47 (12): 2858–2870. Дои:10.1016 / j.corsci.2005.07.002.

внешняя ссылка