C6745 Fyzikálně-chemické aspekty elektrochemických metod

Přírodovědecká fakulta
jaro 2025
Rozsah
2/0/0. 2 kr. (plus ukončení). Ukončení: zk.
Vyučováno kontaktně
Vyučující
prof. RNDr. Jan Hrbáč, Ph.D. (přednášející)
RNDr. Mgr. Iveta Třísková, Ph.D. (přednášející)
Garance
prof. RNDr. Jan Hrbáč, Ph.D.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Předpoklady
Předpokladem je absolvování předmětu C7050 - Elektroanalytické metody
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Cílem kurzu je prohloubit vědomosti studentů v oblasti elektrochemie a seznámit je s fyzikálně - chemickou podstatou obecně známých, ale i nových a moderních elektrochemických metod. V rámci tohoto předmětu bude formou demonstračních úloh studentům prezentována i experimentální část probíraných elektrochemických metod.
Výstupy z učení
Absolvováním předmětu budou znalosti studentů v oblasti elektrochemie prohloubeny o fyzikálně-chemickou podstatou obecně známých, ale i nových elektrochemických metod. Díky praktickým kurzům budou studenti schopni aplikovat tyto metody v praxi
Osnova
  • 1. Potenciometrie: koncept elektromotorické síly a elektrodového potenciálu; standardní elektrodový potenciál; elektrochemická termodynamika; Nernstova rovnice; funkce iontově -selektivních elektrod a pH elektrod; Donnanova rovnováha; Nikolského-Eisenmanova rovnice; přímá potenciometrie a potenciometrická titrace; vyhodnococvání titračních dat, nový software. 2. Voltametrické metody: procesy na elektrodách; elektrická dvojvrstva a její model; transport látky (migrace, difúze, konvekce) a Fickovy zákony; adsorpce; přenos elektronů (ET-electron tranfer) a Markusova teorie přenosu náboje; elektrokinetické jevy; termodynamika přenosu náboje; Fermiho energie; kinetika elektrodové reakce (rate determining step); fyzikálně-chemická podstata přepětí a jeho význam; aktivační přepětí a Butler-Volmerova rovnice. 3. Eliminační voltametrie: nová a perspektivní elektrochemická metoda; hodnocení faradayické a nefaradyické složky proudu; dílčí voltametrické proudy (kinetický, kapacitní a difúzní proud); eliminační funkce a proudová transformace; koeficient ß; adsorbovaná částice (pík-protipík signál), teoretický poměr pík-protipík a předřazená chemická reakce. 4. Elektrochemická studie koroze: chemická a elektrochemická koroze; Tafelova rovnice; korozní potenciál; korozní rychlost; mechanismus koroze; Pourbaix diagram a jeho fyzikálně - chemický popis. 5. Elektrochemická impedanční spektroskopie: fyzikálně - chemická podstata impedance; charakterizace ekvivalentních obvodů; význam impedančních prvků; kinetické parametry získané z EIS; Warburgova impedance; konstantní fázový element. 6. Rotační disková elektroda (RDE): steady-state; steady-state (ustálený stav);mikroelektrody; heterogenní elektron transfer; voltametrická charakteristika RDE; Levičova rovnice. 7. Chronometody: chronopotenciometrie; chronoamperometrie; pulzní metody; Cottrelova rovnice; vyhodnocení chronometod; adsorpční izoterma; význam časových změn během polarizace elektrody; elementární kroky a jejich závislost na čase. 8. Elektrochemické křemenné mikrovážky: fyzikálně-chemická podstata EQCMB; piezoelektrický efekt; adsorpce; adsorpční vrstvy; adsorpčbí izotermy; polymerace; Sauerbreyova rovnice a kvantifikace adsorpčních nebo polymerních vrstev. 9. Spektroelektrochemie: pokročilá metoda a její význam; optická dráha ve spektroelektrochemické cele; optické vlákno; synchronizace elektrochemické a spektrální odezvy; kvantifikace spektroelektrochemických dat; úskalí spektroelektrochemikcých experimentů. 10. Dielektrimetrie: dielektrikum v elektrickém poli; polarizace dielektrika; dipólový moment (permanentní a indukovaný); Debyeova teorie dielektrik; vyhodnocení dipólových momentů; vztah dipólového momentu a struktury a symetrie molekuly. 11 + 12. Praktické ukázky jednotlivých metod
Literatura
    doporučená literatura
  • BARD, Allen J. a Larry R. FAULKNER. Electrochemical methods : fundamentals and applications. 2nd ed. New York: John Wiley & Sons, 2001, xxi, 833. ISBN 0471043729. info
  • OLDHAM, Keith B. a Jan C. MYLAND. Fundamentals of electrochemical science. San Diego: Academic Press, 1993, xxii, 474. ISBN 0125255454. info
Výukové metody
Přednáškový blok doplněný praktickými ukázkami probíraných metod
Metody hodnocení
Písemný test a ústní zkouška
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024.