Nadnapięcie: Różnice pomiędzy wersjami

Usunięte 179 bajtów ,  3 lata temu
m
[wersja przejrzana][wersja przejrzana]
m (Dodaję nagłówek przed Szablon:Przypisy)
m (WP:SK+Bn)
 
'''Nadnapięcie''' <math>(\eta )\,</math> – pojęcie [[Elektrochemia|elektrochemiczne]] nazywane również '''nadpotencjałem''', wprowadził w roku 1899 Caspari<ref>{{Cytuj pismo |nazwisko= Caspari |imię= W.A. |tytuł= |czasopismo= Z. Physik, ''Chem.'' |wolumin= 30 |wydanie= 1899 |strony= 89 |data= |issn=}}</ref>jako miarę [[Polaryzacja elektrod|polaryzacji elektrody]]. Nadnapięcie definiowane jest jako różnica między potencjałem elektrody [[polaryzacja elektrod|spolaryzowanej]] przepływem prądu elektrycznego <math>E</math> a jej [[Potencjał elektrody|potencjałem równowagowym]] <math>E_r</math> (nazywanym też ''potencjałem spoczynkowym''):
:: <math>\eta = E - E_\text{r}\,E_r.</math>
{{Cytuj pismo
|nazwisko= Caspari
|imię= W.A. |tytuł=
|czasopismo= Z. Physik, ''Chem.''
|wolumin= 30
|wydanie= 1899
|strony= 89
|data=
|wydawca=
|miejsce=
|issn=
|doi= }}
</ref>
jako miarę [[Polaryzacja elektrod|polaryzacji elektrody]]. Nadnapięcie definiowane jest jako różnica między potencjałem elektrody [[polaryzacja elektrod|spolaryzowanej]] przepływem prądu elektrycznego <math>(E) \,</math> a jej [[Potencjał elektrody|potencjałem równowagowym]] <math>(E_\text{r})\,</math> (nazywanym też ''potencjałem spoczynkowym''):
 
Całkowite nadnapięcie [[ogniwo galwaniczne|ogniwa]] jest to suma nadnapięć na [[anoda|anodzie]] i [[katoda|katodzie]]. W stosunku do [[Siła elektromotoryczna|SEM]], określanej dla ogniwa otwartego, nadnapięcie jest tym nadmiarem napięcia, który jest związany z przepływem prądu o określonym natężeniu.
:: <math>\eta = E - E_\text{r}\,</math>
 
Całkowite nadnapięcie [[ogniwo galwaniczne|ogniwa]] jest to suma nadnapięć na [[anoda|anodzie]] i [[katoda|katodzie]]. W stosunku do [[Siła elektromotoryczna|SEM]], określanej dla ogniwa otwartego, nadnapięcie jest tym nadmiarem napięcia, który jest związany z przepływem prądu o określonym natężeniu.
 
Nadnapięcie jest kluczowym pojęciem w kinetycznym opisie procesów elektrodowych. Zależność nadnapięcia<ref>Faktycznie tylko składowa elektroaktywacyjna nadnapięcia. Pomiary prowadzi się w taki sposób, że pozostałe składowe nadnapięcia się minimalizuje lub kompensuje.</ref> od [[Gęstość prądu elektrycznego|gęstości prądowej]] opisują fundamentalne dla [[elektrochemia|elektrochemii]] teoretycznej równania [[Równanie Butlera-Volmera|równania Butlera-Volmera]] oraz ich przybliżenie dla dużych nadnapięć – [[równanie Tafela]].
 
Całkowite nadnapięcie danego procesu elektrodowego jest sumą nadnapięć cząstkowych, na które składają się: nadnapięcie oporowe <math>(\eta_\Omega )\,</math>, nadnapięcie pseudooporowe <math>(\eta'_\Omega )\,</math>, nadnapięcie aktywacyjne (elektroaktywacyjne) <math>(\eta_a )\,</math>, nadnapięcie stężeniowe <math>(\eta_c )\,</math>.
:: <math>\eta=\eta_\Omega + \eta'_\Omega + \eta_a + \eta_c \,.</math>,
 
Nadnapięcie wodoru jest największe na miękkich metalach, jak [[bizmut]], [[kadm]], [[cynk]], a zwłaszcza [[rtęć]]. Wyjątkowo wysoka wartość nadnapięcia wodoru na rtęci jest jednym z czynników szerokiego zastosowania analizy polarograficznej na kroplowej [[elektroda|elektrodzie]] rtęciowej. Dzięki niemu znacznie rozszerza się zakres potencjałów, w którym elektroda kroplowa może pracować bez zakłócenia wskutek redukcji wodoru. Występowanie nadnapięcia wodoru umożliwia również elektrograwimetryczne oznaczanie szeregu zasadowych metali, jak kadmu i cynku, które w innym przypadku nie mogłyby być wydzielone przed reakcją jonu wodorowego.
:: <math>\eta=\eta_\Omega + \eta'_\Omega + \eta_a + \eta_c \,</math>,
 
Nadnapięcie wodoru jest największe na miękkich metalach, jak [[bizmut]], [[kadm]], [[cynk]] a zwłaszcza [[rtęć]]. Wyjątkowo wysoka wartość nadnapięcia wodoru na rtęci jest jednym z czynników szerokiego zastosowania analizy polarograficznej na kroplowej [[elektroda|elektrodzie]] rtęciowej. Dzięki niemu znacznie rozszerza się zakres potencjałów, w którym elektroda kroplowa może pracować bez zakłócenia wskutek redukcji wodoru. Występowanie nadnapięcia wodoru umożliwia również elektrograwimetryczne oznaczanie szeregu zasadowych metali, jak kadmu i cynku, które w innym przypadku nie mogłyby być wydzielone przed reakcją jonu wodorowego.
 
== Nadnapięcie oporowe i pseudooporowe ==
* ''Nadnapięcie oporowe'' jest związane ze spadkiem [[Potencjał elektryczny|potencjału]] na granicy faz elektroda-roztwór. Na to zjawisko mają wpływ opory przeniesienia ładunku przez granicę faz. Nadnapięcie to zależy zatem w znacznym stopniu od struktury [[Podwójna warstwa elektryczna|podwójnej warstwy elektrycznej]] i [[morfologia materiałów|morfologii powierzchni]] [[Elektroda|elektrody]].
* ''Nadnapięcie pseudooporowe'' uwzględnia [[Opór elektrycznyRezystancja|opór omowy]] warstwy [[Elektrolit|elektrolituelektrolit]]u zawartej między elektrodą badaną i [[Elektroda odniesieniaporównawcza|elektrodą odniesienia]].
 
Te rodzaje nadnapięcia można minimalizować lub kompensować.
 
== Nadnapięcie aktywacyjne ==
''Nadnapięcie aktywacyjne'' nazywane również ''elektroaktywacyjnym'' lub ''nadnapięciem reakcji przejścia''<ref>''Reakcja przejścia'' jest terminem określającym ogólnie proces elektrodowy związany z transferem ładunku, a nie będący ''reakcją półogniwa''. Synonimy: ''reakcja przeniesienia ładunku'', ''reakcja elektrodowa''.</ref> jest związane z dodatkowym wydatkiem potencjału elektrycznego na pokonanie [[Energia aktywacji|energii aktywacji]] reakcji elektrodowej. Ta składowa ''nadnapięcia całkowitego'' ma największe znaczenie z punktu widzenia kinetyki procesów elektrodowych. Nadnapięcie aktywacyjne występuje jako zmienna w [[Równanie Butlera-Volmera|równaniach Butlera-Volmera]] oraz [[Równanie Tafela|równaniach Tafela]].
 
== Nadnapięcie stężeniowe ==
''Nadnapięcie stężeniowe'' jest terminem wprowadzonym przez [[Walther Hermann Nernst|Walthera Nernsta]] na określenie dodatkowego nakładu pracy elektrycznej związanej ze zmianami stężeń substancji elektroaktywnych w bezpośrednim sąsiedztwie elektrody spolaryzowanej. Wartość tego nadnapięcia można minimalizować przez stosowanie dużego stężenia elektrolitu obojętnego nazywanego również [[Elektrolit podstawowy|elektrolitem podstawowym]]. Nadnapięcie stężeniowe wyrażane jest zależnością:
:: <math>\eta_c=\frac{RT}{nF}\ln \frac{a_e}{a_0},</math>
gdzie:
<math>a_e \, </math> – aktywność depolaryzatora przy powierzchni elektrody spolaryzowanej;
<math>a_0 \,</math> – aktywność depolaryzatora w stanie równowagi
<math>n \,</math> – liczna elektronów przenoszonych w reakcji przejścia;
<math>R \,</math> – [[Stała gazowa|uniwersalna stała gazowa]];
<math>T \,</math> – [[temperatura bezwzględna]];
<math>F \,</math> – [[stała Faradaya]]
 
gdzie:
== Literatura ==
: <math>a_e \, </math> – aktywność depolaryzatora przy powierzchni elektrody spolaryzowanej;,
# {{cytuj książkę |nazwisko=Koryta |imię=Jiří |nazwisko2=Dvořák |imię2=Jiří |nazwisko3=Boháčková |imię3=Vlasta |inni=Jerzy Kuryłowicz(tłum.) |tytuł=Elektrochemia |wydawca=PWN |miejsce=Warszawa |rok=1980 |isbn=83-0101632-9 |język=pl}}
: <math>a_0 \,</math> – aktywność depolaryzatora w stanie równowagi,
# {{cytuj książkę |nazwisko=Lingane |imię= James J. |inni=[[Adam Hulanicki]] (tłum.) |tytuł=Elektroanaliza chemiczna |wydawca=PWN |miejsce=Warszawa |rok=1960 |język=pl}}
: <math>n \,</math> – liczna elektronów przenoszonych w reakcji przejścia;,
# "Elektroanaliza chemiczna" James J. Lingane. Warszawa: PWN 1960.
: <math>R \,</math> – [[Stała gazowa|uniwersalna stała gazowa]];,
: <math>T \,</math> – [[Kelwin|temperatura bezwzględna]];,
: <math>F \,</math> – [[stała Faradaya]].
 
== Przypisy ==
{{Przypisy}}
 
== Bibliografia ==
#* {{cytuj książkę |nazwisko=Koryta |imię=Jiří |nazwisko2=Dvořák |imię2=Jiří |nazwisko3=Boháčková |imię3=Vlasta |tytuł=Elektrochemia |inni=Jerzy Kuryłowicz(tłum.) |tytuł=Elektrochemia |wydawca=PWN |miejsce=Warszawa |rok=1980 |isbn=83-0101632-9 |język=pl}}
#* {{cytuj książkę |nazwisko=Lingane |imię= James J. |tytuł=Elektroanaliza chemiczna |inni=[[Adam Hulanicki]] (tłum.) |tytuł=Elektroanaliza chemiczna |wydawca=PWN |miejsce=Warszawa |rok=1960 |język=pl}}
 
[[Kategoria:Elektrochemia]]