Legea lui Tafel

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Reprezentarea legii lui Tafel pe o diagramă semilogaritmică a densității curentului versus supratensiune pentru o reacție anodică (adică pentru o semireațiune de oxidare ).

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:

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

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: ecuația Butler-Volmer .
Reprezentarea dependenței dintre curent electric și supratensiune obținută din ecuația Butler-Volmer . Curentul anodic și catodic sunt indicate respectiv cu i a și k . Curentul total este dat de i = i a + i k . Liniile întrerupte corespund contribuției anodice (de sus) și catodice (de jos) conform legii lui Tafel, valabile pentru valori de supratensiune ridicate.

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

  1. ^ Bard, AJ; Faulkner, LR "Metode electrochimice. Fundamente și aplicații" Ediția a II-a. Wiley, New York. 2001. ISBN 0-471-04372-9
  2. ^ Enciclopedia Electrochimiei - Tafel: viața și știința sa Arhivat la 6 februarie 2012 în Arhiva Internet .
  3. ^ Bockris Vol. 1 , p. 15 .

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe