Växla strömtäthet

Inom elektrokemi är utbytesströmtäthet en parameter som används i Tafel-ekvationen , Butler-Volmer-ekvationen och andra elektrokemiska kinetiska uttryck. Tafel-ekvationen beskriver strömberoendet för en elektrolytisk process till överpotential .

Utbytesströmtätheten är strömmen i frånvaro av nettoelektrolys och vid noll överpotential. Växlingsströmmen kan ses som en bakgrundsström till vilken nettoströmmen som observeras vid olika överpotentialer normaliseras. För en redoxreaktion skriven som en reduktion vid jämviktspotentialen fortsätter elektronöverföringsprocesser vid elektrod/lösningsgränssnitt i båda riktningarna. Den katodiska strömmen balanseras av den anodiska strömmen . Denna pågående ström i båda riktningarna kallas utbytesströmtätheten. När potentialen är mer negativ än den formella potentialen är katodströmmen större än anodströmmen. Skrivet som en reduktion är katodströmmen positiv. Nettoströmtätheten är skillnaden mellan den katodiska och anodiska strömtätheten.

Utbytesströmtätheter återspeglar inneboende hastigheter för elektronöverföring mellan en analyt och elektroden . Sådana hastigheter ger insikter i strukturen och bindningen i analyten och elektroden. Till exempel skiljer sig utbytesströmtätheterna för platina- och kvicksilverelektroder för reduktion av protoner med en faktor på 1010, ^vilket indikerar de utmärkta katalytiska egenskaperna hos platina. På grund av denna skillnad är kvicksilver föredraget elektrodmaterial vid reducerande (katodiska) potentialer i vattenlösning.

Parametrar som påverkar växlingsströmtätheten

Utbytesströmtätheten beror kritiskt på elektrodens beskaffenhet, inte bara dess struktur, utan också fysikaliska parametrar såsom ytjämnhet. Naturligtvis påverkar faktorer som förändrar elektrodens sammansättning, inklusive passiverande oxider och adsorberade ämnen på ytan, också elektronöverföringen. Naturen hos den elektroaktiva substansen (analyten) i lösningen påverkar också kritiskt utbytesströmtätheterna, både den reducerade och oxiderade formen.

Mindre viktiga men fortfarande relevanta är miljön för lösningen inklusive lösningsmedlet, beskaffenheten av annan elektrolyt och temperatur. För koncentrationsberoendet av utbytesströmdensiteten ges följande uttryck för en enelektronreaktion:

$j_{0}=Fk_{0}(C_{oxi}^{1-\beta}C_{röd}^{\beta })$

var:

• $C_{oxy}$ : koncentrationen av de oxiderade ämnena
• $C_{red}$ : koncentrationen av den reducerade arten
• $\beta$ : en symmetrifaktor
• $F$ : Faraday-konstant
• $k_{0}$ : reaktionshastighet

Exempelvärden

Jämförelse av växlingsströmtäthet för protonreduktionsreaktion i 1 mol/kg H ₂ SO ₄

Elektrodmaterial	Växlingsströmtäthet -log 10 ( A / cm 2 )
Palladium	3.0
Platina	3.1
Rodium	3.6
Iridium	3.7
Nickel	5.2
Guld	5.4
Volfram	5.9
Niob	6.8
Titan	8.2
Kadmium	10.8
Mangan	10.9
Leda	12,0
Merkurius	12.3

Se även

• Delström