Randles–Sevciks ekvation

Inom elektrokemi beskriver Randles –Ševčík-ekvationen effekten av skanningshastigheten på toppströmmen i $p för$ ett cykliskt voltammetriexperiment . För enkla redoxhändelser som paret ferrocen / ferrocenium beror $i p inte bara på$ koncentrationen och diffusionsegenskaperna hos de elektroaktiva arterna utan också på skanningshastigheten.

i_{p}=0,4463\ nFAC\left({\frac {nFvD}{RT}}\right)^{\frac { 1}{2}}

Eller om lösningen är vid 25 °C:

i_{p}=2.69\times 10^{5}\ n^{3/2}AC{\sqrt {Dv}}

$i p$ = strömmaximum i ampere
$n$ = antalet elektroner som överförs i redoxhändelsen (vanligtvis 1)
$A$ = elektrodarea i cm ²
$F$ = Faradays konstant i C mol ⁻¹
$D$ = diffusionskoefficient i cm ² /s
$C$ = koncentration i mol/cm ³
$ν$ = avsökningshastighet i V/s
$R$ = Gaskonstant i JK ⁻¹ mol ⁻¹
$T$ = temperatur i K
Konstanten med ett värde på 2,69x10 ⁵ har enheter av C mol ⁻¹ V ^−1/2

För nybörjare inom elektrokemi verkar förutsägelserna i denna ekvation vara kontraintuitiva, dvs att $i p$ ökar vid snabbare spänningsavsökningshastigheter. Det är viktigt att komma ihåg att ström, i, är laddning (eller passerade elektroner) per tidsenhet. Vid cyklisk voltammetri begränsas strömmen som passerar genom elektroden av diffusionen av arter till elektrodytan. Detta diffusionsflöde påverkas av koncentrationsgradienten nära elektroden. Koncentrationsgradienten i sin tur påverkas av koncentrationen av arter vid elektroden och hur snabbt arterna kan diffundera genom lösningen. Genom att ändra cellspänningen ändras också koncentrationen av arterna vid elektrodytan, enligt Nernst-ekvationen . Därför orsakar ett snabbare spänningssvep en större koncentrationsgradient nära elektroden, vilket resulterar i en högre ström.

Används

Genom att använda de samband som definieras av denna ekvation kan diffusionskoefficienten för de elektroaktiva ämnena bestämmas. Linjära diagram av i _p vs. ν ^1/2 ger bevis för en kemiskt reversibel redoxprocess kontra de fall där redox orsakar större strukturell förändring i analyten. För arter där diffusionskoefficienten är känd (eller kan uppskattas), ger lutningen av plotten av i _p vs. ν ^1/2 information om redoxprocessens stökiometri.

^ P. Zanello, "Oorganisk elektrokemi: teori, praktik och tillämpning" Royal Society of Chemistry 2003. ISBN 0-85404-661-5
^ Allen J. Bard och Larry R. Faulkner, "Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications" (2nd ed.) John Wiley & Sons 2001. ISBN 0-471-04372-9

Se även

On-line kalkylator för användning av Randles–Sevcik ekvation: http://www.calctool.org/CALC/chem/electrochem/cv1

[1] P. Zanello, "Oorganisk elektrokemi: teori, praktik och tillämpning" Royal Society of Chemistry 2003. ISBN 0-85404-661-5

[2] Allen J. Bard och Larry R. Faulkner, "Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications" (2nd ed.) John Wiley & Sons 2001. ISBN 0-471-04372-9