Московский Государственный Университет

Химический факультет

Моделирование процессов разряда-ионизации серебра на поверхности твердого электрода

Курсовая работа по аналитической химии студента 213 группы

Ляхова Антона Борисовича.

Научный руководитель - к. х. н., доцент А. И. Каменев.

Преподаватель - к. х. н., старший преподаватель

А. Г. Борзенко.

Москва, 1997.

Введение

Метод инверсионной вольтамперометрии позволяет изучать процессы разряда-ионизации металлов. Основные теоретические положения вольтамперометрии были изложены в работах Делахея - Берзинса и Никольсона -
Шейна. Брайниной был предложен ряд теоретических соотношений, позволяющих оценить степень обратимости и скорость процессов разряда-ионизации. Для проверки этих теоретических соотношений в качестве модельного примера обратимого процесса использовано серебро (I), но аппаратурное оснащение не позволяло накопить большой массив данных для получения надежных оценок кинетических параметров. Для изучения кинетики электрохимического растворения металлов предложены различные твердые электроды, однако в литературе отсутствуют данные по изучению электродных процессов с применением углеситалловых электродов.

В литературе приведены различные модели, описывающие обратимое растворение металла с поверхности твердого электрода. Однако сравнительный анализ этих моделей не проводился. Между тем, представляло интерес сравнить эти модели и экспериментально полученные вольтамперные кривые, а также рассмотреть особенности процесса разряда-ионизации серебра на углеситалловом электроде.

Целью работы было проведение сравнительного анализа моделей обратимого растворения металла с поверхности твёрдого электрода, а также сравнение этих моделей с экспериментально полученными вольтамперными кривыми.

Литературный обзор

Процессы электрохимического растворения металлов

Электродный процесс состоит из ряда последовательных стадий:

1. Подвод вещества из объема раствора в зону реакции.

2. Электрохимическая реакция.

3. Отвод продуктов.
Поэтому скорость электрохимического процесса может лимитироваться либо массопереносом вещества - обратимый процесс, либо разрядом-ионизацией - необратимый процесс, либо тем и другим.

Предположим, что перенос электрона происходит быстро и процесс контролируется только скоростью диффузии (конвекцией и миграцией можно пренебречь). В случае использования плоского электрода массоперенос вещества к электроду можно считать линейным. Поэтому основное уравнение диффузии ( второй закон Фика [2] ) можно записать, как
[pic]для окисленной формы и
[pic]для восстановленной формы.

Для описания токов, связанных с электродными реакциями, необходимо решить уравнения (1), (2). Впервые эту задачу решили Шевчик и Рендлс.
Рендлс применил для решения графический метод. Аналитический метод, избранный Шевчиком, заключается в применении преобразования Лапласа. После обратного преобразования получается выражение для потока вещества Ox от поверхности электрода.
[pic] [pic]

В окончательной форме интегральное уравнение (3), после перехода к безразмерным координатам z = t/b, выглядит следующим образом:
[pic]

Решение (5) дает зависимость c(bt) от bt при данном xq. Эта функция определяет форму вольтамперных кривых для обратимого процесса. bt связано с потенциалом
[pic] т.е. c(bt) можно представить как c([E - E0]n) или i(E).

Из уравнения (5) следует, что
[pic]

Уравнения (3) и (5) решали различными способами.