химический каталог




ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ИМПЕДАНС

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ИМПЕДАНС, сопротивление электрохимический системы протекающему через нее переменному току. Если к системе приложено переменное напряжение, изменяющееся по гармонич. закону и имеющее малую амплитуду, то через систему идет ток синусоидальной формы, как правило, опережающий питающее напряжение по фазе. Электрич. импеданс системы Z представляет собой коэффициент в алгебраич. уравении, связывающем ток и питающее напряжение; эта величина выражается комплексным числом.
Наиболее часто ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ИМПЕДАНС и. системы моделируется пассивной электрич. цепью в виде последовательно соединенных сопротивления Rs и емкости Cs. Активное сопротивление отражает влияние электрич. сопротивления электролита, замедленность переноса заряда через границу электрод-раствор, замедленность диффузии электрохимически активных веществ. Емкостное сопротивление отражает емкость двойного электрич. слоя, диффузию присутствующих в растворе ПАВ, их адсорбцию (десорбцию) на электроде. При этом

(- частота питающего напряжения; i - мнимая единица). Импеданс Z как функция iw является дифференцируемой величиной (это означает, что сопротивление электрохимический цепи Rs и ее емкость Cs связаны между собой интегральными соотношениями Крамерса-Кронига).
Представление об импедансе как о коэффициент связи между двумя величинами, гармонически изменяющимися во времени с частотой со, повсеместно принято в науке и технике. Одну из изменяющихся величин условно называют входной величиной или возмущением, другую - выходной величиной или откликом. В рамках термодинамики необратимых процессов входные величины отождествляют, как правило, с обобщенными термодинамическое силами, выходные - с термодинамическое потоками и используют соотношения взаимности Онсагера. В электрохимический системах роль обобщенной силы играет потенциал электрода, роль потока - электрич. ток (так называемой фарадеевский импеданс). Существуют и другие ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ИМПЕДАНС и.: фотоэлектрохимический (входная величина - световой поток, выходная - электрич. ток), метод электроотражения (входная величина - потенциал электрода, выходная - модуляция светового потока), лазерного импульса (входная величина - теплота, выходная - количество электричества или потенциал электрода) и др. Многочисленные релаксационные методы объединяют термином "импедансная электрохимический спектроскопия".

Фарадеевский импеданс. Измерения Э. и. и его зависимость от частоты переменного тока позволяют исследовать различные свойства электрохимический ячейки. Один из способов состоит в том, что процесс в ячейке моделируют эквивалентными электрич. схемами. Например, протекающий на электродах окислит.-восстановит. процесс в отсутствие заметной адсорбции электрохимически активных веществ моделируется так называемой схемой Рэндлса-Эршлера (рис. я). Чисто активное сопротивление Rctописывает замедленность собственно электрохимический стадии (сопротивление переноса заряда). Если п -число участвующих в электродном процессе электронов, iоб -ток обмена (см. Ток обмена), а площадь электрода равна единице, то Rct = RT/nFio6 (Т - абс. температура; R - газовая постоянная; F - число Фарадея). Емкость двойного электрич. слоя моделируется шунтирующей емкостью CDL, не зависящей от частоты тока (до частот106 Гц). Диффузия реагирующих частиц к электроду и отвод продуктов реакции от электрода в раствор моделируют так называемой диффузионным импедансом, или импедансом Варбурга W - электрич. цепью со сдвигом фаз между током и напряжением в 45°. Если с0 - концентрация электрохимически активного в-ва в растворе, D - коэффициент диффузии, а площадь электрода равна единице, то

В условиях присутствия в электролите ПАВ процесс в ячейке моделируется схемой Фрумкина-Мелик-Гайказяна (рис., б). Адсорбционная емкость Са дополняет высокочастотную емкость электродного процесса СHF, активное сопротивление Ra описывает замедленность собственно адсорбционного процесса, импеданс Варбурга Wa отвечает диффузии ПАВ к электроду.

Эквивалентные электрические схемы Рэндлса-Эршлера (а) и Фрумкина-Мелик-Гайказяна (б): CDL - емкость двойного электрического слоя; W и Wa - импедансы Варбурга; Rct и Ra - чисто активные сопротивления; CHF - высокочастотная емкость электрода; Са - адсорбционная емкость.

Если электродный процесс осложнен предшествующей или последующей химический реакцией в приэлектродных слоях электролита, в эквивалентных схемах появляется так называемой импеданс Геришера. Нелинейные свойства электрохимический системы, вызывающие появление сигналов второго порядка малости, учитываются в фарадеевского выпрямления методе.
Практич. измерения ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ИМПЕДАНС и. осуществляют с помощью мостов переменного тока или приборов с фазочувствительный системой (см. Импедансный метод). Появление эксперим. техники на основе корреляционных способов обработки сигнала сделало метод ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ИМПЕДАНС и. одним из наиболее точных, а широкая область возможных для применения частот (от 10-3 до 105 Гц) придала ему необычайную гибкость.
ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ИМПЕДАНС и. широко используют для изучения фундам. проблем электрохимический кинетики и термодинамики, для исследования процессов в химических источниках тока (в том числе в топливных элементах), расплавах, твердых электролитах, электрохимический сенсорах, электрохимический преобразователях информации, при электродиффузионной диагностике гидродинамич. течений, в электроаналит. методах и во многие смежных областях, включая биологическое и мед. исследования.

Лит .: Дамаскин Б.Б., Принципы современных методов изучения электрохимических реакций, М., 1965; Электрохимический импеданс, М., 1991; Proceedings of the first international symposium on electrochemical impedance spectroscopy, Oxf., 1990.

Б.М. Графов.

Химическая энциклопедия. Том 5 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
прокат плазм
Рекомендуем компанию Ренесанс - лестница на чердак- быстро, качественно, недорого!
кресло руководителя nadir
городские склады для хранения личных вещей в москве

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(10.12.2016)