Legea lui Tafel
În electrochimie , legea lui Tafel raportează intensitatea curentului electric care curge într-o celulă electrochimică la supratensiune . [1]
Deoarece curentul electric care circulă într-o celulă este legat de viteza reacției electrochimice care are loc în celulă și supratensiunea este egală cu diferența dintre potențialul celulei la echilibru (adică în absența curentului) E eq și potențialul celulei în condițiile de lucru E (i) , se poate spune că legea lui Tafel raportează viteza reacției electrochimice cu diferența de potențial electric existentă între terminalele celulei (corespunzătoare anodului și catodului ).
fundal
Legea lui Tafel a fost inițial obținută experimental și ulterior a fost găsită justificarea sa teoretică. Își ia numele de la chimistul german Julius Tafel ( 1862 - 1918 ), [2] care l-a elaborat în 1905 sub următoarea formă: [3]
in care:
- E (i) este potențialul celulei (exprimat în volți );
- a și b sunt constante determinate experimental;
- i este densitatea curentului (în A / m 2 ).
Formă canonică
Legea lui Tafel pentru un singur electrod ( anod sau catod ) poate fi scrisă ca:
in care:
- este supratensiunea (în volți );
- este densitatea curentului de schimb (în A / m 2 );
- este un coeficient numit „panta Tafel” (în volți) care poate asuma un semn pozitiv (prin reacție anodică, adică oxidare ) sau negativ (prin reacție catodică, adică reducere ).
- există un semn pozitiv pentru o reacție anodică (panta Tafel pozitivă) și un semn negativ pentru o reacție catodică (panta Tafel negativă);
- R este constanta gazului ;
- T este temperatura absolută (exprimată în kelvini );
- α este coeficientul de transfer al sarcinii anodice (în cazul unei pante Tafel pozitive) sau coeficientul de transfer al sarcinii catodice (în cazul unei pante Tafel negative);
- n este numărul de electroni implicați în reacția redox ;
- F este constanta lui Faraday .
Deoarece constanta gazului și constanta Faraday sunt expresii molare ale constantelor fizice fundamentale, respectiv constanta Boltzmann k B și sarcina elementară e , împărțind ambele la constanta lui Avogadro legea este exprimată în formă elementară:
Formă alternativă
Explicând densitatea curentului de schimb ca , obținem următoarea formă a legii lui Tafel:
unde k este constanta de viteză a reacției care are loc la electrod (oxidare la anod sau reducere la catod).
Din nou în formă elementară, acest lucru este re-exprimat:
Limitări
Legea lui Tafel este valabilă (adică în conformitate cu datele experimentale) numai pentru valori de supratensiune ridicate și în cazul controlului prin transfer de sarcină electrică .
În celelalte cazuri, este necesar să se recurgă la ecuația Butler-Volmer , care are în vedere atât contribuția anodică, cât și contribuția catodică:
unde este Și sunt respectiv coeficientul de transfer al sarcinii anodice și coeficientul de transfer al sarcinii catodice.
Notă
- ^ Bard, AJ; Faulkner, LR "Metode electrochimice. Fundamente și aplicații" Ediția a II-a. Wiley, New York. 2001. ISBN 0-471-04372-9
- ^ Enciclopedia Electrochimiei - Tafel: viața și știința sa Arhivat la 6 februarie 2012 în Arhiva Internet .
- ^ Bockris Vol. 1 , p. 15 .
Bibliografie
- GT Burstein, Un secol al ecuației lui Tafel: 1905–2005 O problemă comemorativă a științei coroziunii , în Știința coroziunii , vol. 47, nr. 12, 2005, pp. 2858-2870, DOI : 10.1016 / j.corsci.2005.07.002 .
- ( EN ) John O'M. Bockris, Amulya KN Reddy, Electrochimie modernă: o introducere într-o zonă interdisciplinară - Volumul 1 , Plenum Press, 1977, ISBN 0-306-25001-2 .
- ( EN ) Cynthia G. Zoski, Manual de electrochimie , Elsevier Science, 2007, ISBN 978-0-444-51958-0 .
- ( EN ) Milan Paunovic, Mordechay Schlesinger, Fundamentals of electrochemical deposition , prima ediție, Wiley, 1998, ISBN 0-471-16820-3 .
Elemente conexe
Alte proiecte
- Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre legea lui Tafel
linkuri externe
- Julius Tafel - Viața și știința sa , pe electrochem.cwru.edu . Adus pe 2 noiembrie 2010 (arhivat din original la 6 februarie 2012) .