PřF:C7280 Elektrodová kinetika - Informace o předmětu
C7280 Elektrodová kinetika
Přírodovědecká fakultapodzim 2023
- Rozsah
- 2/0/0. 2 kr. (příf plus uk plus > 4). Doporučované ukončení: zk. Jiná možná ukončení: k.
- Vyučující
- prof. RNDr. Jan Hrbáč, Ph.D. (přednášející)
RNDr. Romana Sokolová, Ph.D. (přednášející), prof. RNDr. Jan Hrbáč, Ph.D. (zástupce)
prof. RNDr. Libuše Trnková, CSc. (přednášející) - Garance
- prof. RNDr. Libuše Trnková, CSc.
Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta
Dodavatelské pracoviště: Ústav chemie – Chemická sekce – Přírodovědecká fakulta - Předpoklady
- Fyzikální chemie I a II, především část: Kinetika
- Omezení zápisu do předmětu
- Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
- Mateřské obory/plány
- Analytická chemie (program PřF, M-CH)
- Anorganická chemie (program PřF, M-CH)
- Biochemie (program PřF, M-CH)
- Fyzikální chemie (program PřF, D-CH4)
- Fyzikální chemie (program PřF, M-CH)
- Chemie odborná (program PřF, M-CH)
- Chemie životního prostředí (program PřF, M-CH)
- Makromolekulární chemie (program PřF, M-CH)
- Organická chemie (program PřF, M-CH)
- Cíle předmětu
- Cílem výuky pedmětu Elektrodová kinetika je seznámit studenty chemie: (a) s kinetikou elektrodových procesů na nabitém fázovém rozhraní, (b) s různými typy elektroaktivních systémů za rovnovážných a nerovnovážných podmínek, (c) s vlivem experimentálních podmínek na rychlost elektrodových reakcí a (d) s kvantifikací elektrochemických dat, jejímž výsledkem je výpočet kinetických parametrů. Absolvent tohoto kurzu bude vybaven znalostmi pro hodnocení elektrodové kinetiky a vlivu různých parametru na ni.
- Výstupy z učení
- Student bude po absolvování předmětu schopen: -popsat fázové rozhraní mezi elektrodou a elektrolytem, rovnováhu v elektrochemických soustavách; -popsat teorii přenosu elektronů při elektrochemických reakcích a děje předcházející a návazné na přenos elektronu; -popsat transportní jevy při elektrodových přeměnách; -orientovat se v experimentálních technikách studia elektrodových dějů
- Osnova
- 1. Podstata elektrodových reakcí. Fermiho energetická hladina. Vliv potenciálu na Fermiho hladinu elektronů v kovu. Hraniční orbitaly v redoxních reakcích.Termodynamika a kinetika. Metody studia elektrodových reakcí. 2. Rovnovážná elektrochemie. Vnitřní a vnější potenciál, elektrochemický a elektrodový potenciál, galvanický článek a jeho termodynamika, Nernstova rovnice, elektrochemická řada napětí, klasifikace elektrod, standardní elektrodový potenciál. 3. Pohyb iontů v roztoku (difúze a migrace), vodivost a pohyblivost, kapalinový potenciál, iontově selektivní elektrody a biomembrány. Chování roztoků elektrolytů při průchodu proudu. 4. Struktura mezifází elektroda - elektrolyt. Elektrická dvojvrstva (ED) a její modely: Helmholtzův, Gouy- Chapmanův, Sternův, Grahamův model. Grahamova specifická adsorpce. Elektrokapilární maximum, diferenciální kapacita. Rozhraní kapalina-kapalina, rozhraní elektroda - elektrolyt. ED na monokrystalickém a polykrystalickém materiálu. Elektrokinetické jevy, zeta potenciál, elektroforéza a elektroosmóza. 5. Mechanismus přenosu elektronu: v homogenním prostředí (roztok) a v heterogenním prostředí (na rozhraní elektroda/roztok), vyjádření heterogenní rychlostní konstanty, výměnný proud, mikroskopická interpretace přenosu elektronu - Marcusova teorie, přepětí, Butlerova-Volmerova rovnice, koeficient přenosu náboje. 6. Transport látek k elektrodě. Migrace, difúze, konvekce. Difúze, Fickovy zákony, limitní difúzní proud (planární a sférická difúze), polarizační přepětí, Nernstova difúzní vrstva. Konvekce a difúze: hydrodynamický systém, rotační disková elektroda. Rychlost řídící děj (rate determining step rds). 7. Reverzibilní a ireverzibilní reakce, velikost heterogenních rychlostních konstant, Tafelův zákon, vliv ED a specifické adsorpce na elektrodovou kinetiku, rychlost elektrodové reakce, elektrodový proces bez a s chemickou reakcí, předřazená, vřazená a následná chemická reakce. Stupňovitost elektrodových dějů. 8. Hydrodynamické systémy a jejich význam při studiu elektrodových procesů, hydrodynamické elektrody s dvojím povrchem a jejich využití v nestacionárních technikách. 9. Kinetický parametr v jednotlivých elektroanalytických metodách. Možnosti využití potenciostatických a galvanostatických metod ke zkoumání elektrodových procesů. Kriteria reverzibility elektrodového děje. 10. Impedance, složky in phase a out of phase, sériový a paralelní RC obvod. Randlesův obvod, Warburgova impedance. Výpočet heterogenních rychlostních konstant z impedančních dat (elektrochemické impedanční spektrum EIS). 11. Elektrodové reakce klasifikované podle typů chemické reakce. Elektrosyntéza. Elektrodepozice a underpotential deposition. Bockrisův mechanismus elektrodepozitního procesu kovů. Chemicky modifikované elektrody a polymerní elektrody. Koroze a její kinetika. 12. Ne-elektrochemické zkoušky elektrod a elektrodových procesů. Charakterizace elektrodových povrchů. In situ a ex situ spektroskopické techniky, in situ a ex situ mikroskopické techniky, jiné in situ techniky. Fotoelektrochemie, elektrochemiluminiscence.
- Literatura
- ATKINS, P. W. Physical chemistry. 6th ed. Oxford: Oxford University Press, 1998, 1014 s. ISBN 0198501013. info
- BRETT, Christopher M. A. a Ana Maria Oliviera BRETT. Electroanalysis. Oxford: Oxford University Press, 1998, 88 s. ISBN 0198548168. info
- FISHER, A. C. Electrode dynamics. Oxford: Oxford University Press, 1996, 83 s. ISBN 0-19-855690-X. info
- 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
- Výukové metody
- Přednáška. Absolvent tohoto kurzu bude vybaven znalostmi pro hodnocení elektrodových procesů na fázovém rozhraní elektroda/roztok.
- Metody hodnocení
- Povinně volitelný předmět pro studenty odborné chemie. Dvouhodinová jednosemestrální přednáška. Zkouška je ústní, doplněná testem.
- Navazující předměty
- Informace učitele
- Příprava ke zkoušce podle literatury a syllabu. Poznatky o elektroanalytických metodách, jako je diferenní pulzní polarografie, normální pulzní polarografie, cyklická voltametrie a voltametrie uplatní studenti jak ve cvičeních z fyzikálně chemických metod, tak i v bakalářských a diplomových pracech.
- Další komentáře
- Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
- Statistika zápisu (podzim 2023, nejnovější)
- Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2023/C7280