PřF:C7280 Electrode Kinetics - Course Information

C7280 Electrode Kinetics

Extent and Intensity

2/0/0. 3 credit(s). Recommended Type of Completion: zk (examination). Other types of completion: k (colloquium).

Teacher(s)

doc. RNDr. Marie Studničková, CSc. (lecturer)

Guaranteed by

doc. RNDr. Marie Studničková, CSc.
Chemistry Section – Faculty of Science

Prerequisites

Physical Chemistry I and II

Course Enrolment Limitations

The course is also offered to the students of the fields other than those the course is directly associated with.

fields of study / plans the course is directly associated with

there are 8 fields of study the course is directly associated with, display

Course objectives

Electrode kinetics (dynamics) for physical chemistry students describes the equilibria at electrodes and in galvanic cells, transport of mass to electrodes, systems with convective diffusion, hydrodynamic electrodes and characteristic numbers, non-stationary methods (voltammetry, pulse polarography modes), impedance spectroscopy ordered ionic layers, multisteps mechanism examples, applications.

Syllabus (in Czech)

• 1. Rovnovážná elektrochemie. Potenciál a napětí,referentní elektroda, typy elektrod, elektrolýza a Faradayovy zákony. Nernstova rovnice. Rychlost přenosu elektronu. Vliv potenciálu na aktivaci reakcí elektroredukce a elektrooxidace.Přepětí, Butlerova a Volmerova rovnice. Vliv potenciálu na Fermiho hladinu elektronů v kovu. Hraniční orbitaly v redoxních reakcích. 2. Marcusova theorie reakcí přenosu elektronu. Reakce inner sphere a outer sphere. Fyzikální model přenosu elektronu. Kvadratická závislost aktivační energie na standardní energii kroku přenosu elektronu. Rychlostní konstanta a transmisní koeficient. Adiabatické a neadiabatické reakce ET. 3. Roztoky elektrolytů při průchodu proudu. Tok složky = tok migrace + tok difuze + tok konvekce. Elektrický proud jako tok nabitých složek. Platnost Ohmova zákona. 4. Transport látek k elektrodě. Rychlost elektrochemického procesu. Řídící krok, transport látky jako nejvýhodnější řídící krok. Limitní proud konvektivní difuze. Analyticky řešitelné theorie proudění: podélně obtékaná plotna, válcový kanál, kapková elektroda. Theorie podobnosti, pí- theorém. Čísla: Sherwoodovo, Reynoldsovo, Schmidtovo. Rotující disková elektroda. Difuzní vrstva a hydrodynamická vrstva. 5. Voltametrie a cyklická voltametrie, inverzní voltametrie, pulzní polarografie. Vkládané napětí v čase, proudonapěťová křivka.Randlesova - Ševčíkova rovnice. Kriteria reverzibility děje.Dvoustupňové děje v inverzní voltametrii. Mikrofáze a makrofáze. DPP a NPP, Cottrellova rovnice pro limitní proud v NPP. Proudová funkce a šířka píku v DPP, ovlivněná amplitudou pulzu. 6. Rychlost a vratnost elektrodových dějů. Rychlost produkce entropie. Nulové přepětí nebo proud limitující k nule jako podmínky vratnosti elektrodových dějů. Relace mezi rychlostí ET a rychlostí transportu látky ovlivňující vratnost.Nernstova rovnice jako kriterium vratnosti. Kinetický parametr v DC polarografii, cyklické voltametrii a pro rotující diskovou elektrodu. Stupňovitost elektrodových dějů. 7. Základy nových polarografických metod. Sinusoidální AC, polarografie čtvercové vlny (square wave), pulzní diferenční polarografie. Nabíjecí proud. Maximální proud. Kinetický parametr, šířka píku. 8. AC impedanční spektroskopie. Impedance, složky in phase a out of phase, závislost na frekvenci. Sériový a paralelní obvod RC. Randlesův obvod. Warburgova impedance. Transmisní linie. 9. Struktura mezifází elektroda - roztok. Elektrická dvojvrstva Helmholtzův model. Difuzní vrstav Gouy- Chapmanova. Sternova kombinace obou modelů. Grahamova specifická adsorpce. Elektrokapilární maximum. Měření diferenciální kapacity. 10. Heterogenní reakce provázející elektrodový děj. Elektrosyntéza. Voltametrie adsorbovaných látek. Polymerní pokrytí na modifikovaných elektrodách. Monovrstva kovu, underpotential deposition. 11. Spektroelektrochemie a charakterizace povrchů. Fotoelektrochemie, fotoproud. Charakterizace povrchu ve vakuu (ex situ): LEED (low energy electron diffraction), APS (Augerova fotoelektronová spektroskopie), XPS(X-ray photoelectron spectroscopy). Skenovací tunelová mikroskopie jako zobrazení v atomové škále. Skenovací elektrochemická spektroskopie- podstata. Spektroskopická detekce elektrogenerovaných látek v roztoku- UV-VIS, IR. 12. Reaktivní částice v organické elůektrosyntéze. Elektrofory katodických reakcí. Uhlovodíky, organické halogenidy, nitrolátky, karbonylové sloučeniny, oniové sloučeniny. Elektrofory anodických oxidací. Uhlovodíky, karbonové kyseliny, aminy, kyslíkaté sloučeniny, sirné sloučeniny. Elektrodové reakce klasifikované podle typů: reduktivní tvorba vazeb (coupling), dimerace, adice. Oxidativní coupling, štěpení, anodická substituce.

Literature

• N.S. Hush, Ed.: Reactions of Molecules at Electrodes, Wiley, 1971.
• FISHER, A. C. Electrode dynamics. Oxford: Oxford University Press, 1996, 83 s. ISBN 0-19-855690-X. info
• Elektrochimija organičeskich sojedinenij. Edited by Manuel M. Baizer. Moskva: Mir, 1976, 731 s. info

Language of instruction

Czech

Further Comments

The course can also be completed outside the examination period.
The course is taught annually.
The course is taught: every week.

• Enrolment Statistics (Autumn 2001, recent)
  
• Permalink: https://is.muni.cz/course/sci/autumn2001/C7280