nefaradejski procesi, osnovni pojmovi
TRANSCRIPT
![Page 1: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/1.jpg)
Nefaradejski procesi, osnovni
pojmovi
Predavanje 14, 21.04.2021.
Udžbenik: S. Mentus, Elektrohemija, 2008, strane 160-169
![Page 2: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/2.jpg)
Fazna granica
Nehomogen distribucija polja sila
Dubina faze, homogena distribucija
![Page 3: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/3.jpg)
Površinska koncentracija Dubina faze
Granica faze
Površinska koncentracija [mol m−2]
Višak površinske koncentracije [mol m−2]
![Page 4: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/4.jpg)
Površinska koncentracija
Višak površinske koncentracije [mol m−2] i 0 adsorpcija
![Page 5: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/5.jpg)
Gibsova adsorpciona izoterma
dGG
ndn
G
AdAs
i
s
i
s i
s
s
i
s
s
i
s
P T n n
G
ni j i
s
, , ,
GRANICA FAZE
dGG
ndnr
i
r
i
r i
r
DUBINA FAZE
i
s
i
r
i RAVNOTEŽA
ϒ
![Page 6: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/6.jpg)
Gibsova adsorpciona izoterma
i
ii
rs dndAGdGdGd n ns - nr
dG dA dn A d n di i iii
i
A d n di ii
0
INTEGRALNI OBLIK + DIFERENCIRANJE
d di ii
Gibsova adsorpciona izoterma
![Page 7: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/7.jpg)
Veza površinskog napona, površinske gustine naelektrisanja i kapaciteta dvojnog električnog sloja granice metal/elektrolit
= ziFi Gustina površinskog naelektrisanja
adsorpcioni potencijal
Ispitivanja u odsustvu redoks parova
Ag,AgCl/K+, Cl-,H2O/Hg
![Page 8: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/8.jpg)
Veza površinskog napona, površinske gustine naelektrisanja i kapaciteta dvojnog električnog sloja granice metal/elektrolit
Ag,AgCl/K+, Cl-,H2O/Hg
d d d d d dHg Hg e e
Hg
K K Cl Cl H O H O 2 2
M = -Fe
s = -M = F(K+ – Cl-)
KCl K Cl
A gCl e
A g
A g Cl
0 0 d de
A g
Cl
![Page 9: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/9.jpg)
Veza površinskog napona, površinske gustine naelektrisanja i kapaciteta dvojnog električnog sloja granice metal/elektrolit
Ag,AgCl/K+, Cl-,H2O/Hg
d d Fd FdEe
Hg
e
A g Hg A g ( )
d dE d dM
K KCl H O H O 2 2
d dE dM
K KCl jednačina elektrokapilarne krive
![Page 10: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/10.jpg)
Veza površinskog napona, površinske gustine naelektrisanja i kapaciteta dvojnog električnog sloja granice metal/elektrolit
d dE dM
K KCl jednačina elektrokapilarne krive
d
dEi
M
d
d i E
k
j i
,
dl
M
CdE
d
dE
d
ii
2
2
![Page 11: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/11.jpg)
Uređaji za merenje površinskog napona i kapaciteta dvojnog električnog sloja granice metal/elektrolit
Kapilarni elektrometar
hrgr 22
2
rhg
mmax g = 2r
mg
rt
2 max
d
dEi
M
dl
M
CdE
d
dE
d
ii
2
2
![Page 12: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/12.jpg)
Uređaji za merenje površinskog napona i kapaciteta dvojnog električnog sloja granice metal/elektrolit
Most naizmenične struje daje kapacitet
dl
M
CdE
d
dE
d
ii
2
2
integracija
integracija
![Page 13: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/13.jpg)
Rezultati ispitivanja osobina dvojnog električnog sloja u realnim sistemima
difereciranje difereciranje
Znak!!!!
![Page 14: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/14.jpg)
Rezultati ispitivanja osobina dvojnog električnog sloja u realnim sistemima
![Page 15: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/15.jpg)
Rezultati ispitivanja osobina dvojnog električnog sloja u realnim sistemima
Dvojni električni sloj Zavisi od potencijala Zavisi od koncentracije
Kapacitet ima minimu (Epzc), gubi se sa porastom C
Za koncentrovane rastvore oko 20 μF cm−2
Možemo li razumeti i objasniti? Možemo li videti dvojni električni sloj?
![Page 16: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/16.jpg)
Modeli strukture dvojnog
električnog sloja 1
Predavanje 15, 21.04.2021.
Udžbenik: S. Mentus, Elektrohemija, 2008, strane 169-177
![Page 17: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/17.jpg)
Modeli strukture dvojnog električnog sloja
• Pretpostavka o strukturi (raspodela jona, molekula rastvarača)
• Izračunavanje kapaciteta dvojnog električnog sloja.
• Poredimo sa eksperimentalnim rezultatima.
![Page 18: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/18.jpg)
Helmholcov model strukture DES
Joni čvrsto vezani Nemaju hidratacione omotače Udaljenost od površine metala jednaka kristalografksom radijusu jona
![Page 19: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/19.jpg)
Helmholcov model strukture DES
dx
d =
MM
A
q
s=0
dx
d =
H
M
H
sM
H
dlC M Cdl M
![Page 20: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/20.jpg)
Helmholcov model strukture DES
s=0
H
dlC
Zbog dielektrične saturacije nije jednak sa bulk vrednosdu rastvarača
Kristalografski radiju jona
~20 μF cm−2
Cdl
E
![Page 21: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/21.jpg)
Dvojni električni sloj Zavisi od potencijala Zavisi od koncentracije
Kapacitet ima minimu (Epzc), gubi se
sa porastom C
Za koncentrovane rastvore oko 20 μF cm−2
Helmolcomv model
NE NE NE DA
![Page 22: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/22.jpg)
Difuzni model Gaj-Čepmena
Joni nisu čvrsto vezani Imaju hidratacione omotače Udaljenost od površine metala „difuzna“, određena raspodelom anjona i katjona u električnom polju
![Page 23: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/23.jpg)
Difuzni model Gaj-Čepmena
z+en+0 = z-en-
0 Van električnog polja
KT
ez
enn
0
Bolcmanova raspodela KT
ez
enn
0
KT
ez
ii
si
ezne
0 Površinska gustina naelektrisanja
![Page 24: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/24.jpg)
Difuzni model Gaj-Čepmena
Poasonova jednačina
Poason-Bolcmanova jednačina
s
dx
d
2
2
KT
ez
ii
i
ezne
dx
d
0
2
2
![Page 25: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/25.jpg)
Difuzni model Gaj-Čepmena
Poason-Bolcmanova jednačina
KT
ez
ii
i
ezne
dx
d
0
2
2
dSdx
dq s
= A
dx
d
x 0
Linerano rešenje Egzaktno rešenje
KT
ez
ii
i
ezne
dx
d
0
2
2
KT
ez
ii
i
ezne
dx
d
0
2
21
Kada ovo važi?
![Page 26: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/26.jpg)
Difuzni model Gaj-Čepmena
Poason-Bolcmanova jednačina
KT
ez
ii
i
ezne
dx
d
0
2
2
Linerano rešenje Egzaktno rešenje
kT
ze
rC
M
d
dl2
cosh
kT
ze
rC
M
d
dl2
cosh
Funkcija koncentracije
Funkcija koncentracije
![Page 27: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/27.jpg)
Difuzni model Gaj-Čepmena
-3.5 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
0
10
20
30
40
50
Cdl
E
C1
<
C2
<
C3
<
C4
<
C5
Linerano rešenje Egzaktno rešenje
Raste sa koncentracijom
Potencijal nultog naelektrisanja
![Page 28: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/28.jpg)
Dvojni električni sloj Zavisi od potencijala Zavisi od koncentracije
Kapacitet ima minimu (Epzc), gubi se
sa porastom C
Za koncentrovane rastvore oko 20 μF cm−2
Helmolcomv model
NE NE NE i NE DA
Difuzni model LINEARNI
NE DA NE NE, mnogo vede vrednosti
Difuzni model EGZAKTNI
DA DA DA i NE NE, mnogo vede vrednosti
![Page 29: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/29.jpg)
Šternov model
Deo jona jeste čvrsto vezan Ali imaju hidratacione omotače! Ostatak DES je „difuzan“, određen raspodelom anjona i katjona u električnom polju
![Page 30: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/30.jpg)
Šternov model
S
dif
S
H
M qqq
s
dif
s
H
M
M = (M - ) +
MM
M
M
M
d
d
d
d
d
d
)(
111
difHdl CCC
![Page 31: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/31.jpg)
Šternov model
111
difHdl CCC
Helmholcov kapacitet
Difuzni model
![Page 32: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/32.jpg)
Šternov model
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0
0
5
10
15
20
25
30
Cd
l /
F c
m-2
E - Epzc
/ V
CH = 20 F cm
-2
koncentracija
elektrolita
Šta se dešava sa povedanjem koncentracije i potencijala elektrode???
![Page 33: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/33.jpg)
Dvojni električni sloj Zavisi od potencijala Zavisi od koncentracije
Kapacitet ima minimu (Epzc), gubi se
sa porastom C
Za koncentrovane rastvore oko 20 μF cm−2
Helmolcomv model
NE NE NE i NE DA
Difuzni model LINEARNI
NE DA NE NE, mnogo vede vrednosti
Difuzni model EGZAKTNI
DA DA DA i NE NE, mnogo vede vrednosti
Šternov model DA DA DA DA
![Page 34: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/34.jpg)
Dvojni električni sloj Zavisi od potencijala Zavisi od koncentracije
Kapacitet ima minimu (Epzc), gubi se
sa porastom C
Za koncentrovane rastvore oko 20 μF cm−2
Helmolcomv model
NE NE NE i NE DA
Difuzni model LINEARNI
NE DA NE NE, mnogo vede vrednosti
Difuzni model EGZAKTNI
DA DA DA i NE NE, mnogo vede vrednosti
Šternov model DA DA DA DA
-1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0
0
5
10
15
20
25
30
Cd
l /
F c
m-2
E - Epzc
/ V
CH = 20 F cm
-2
koncentracija
elektrolita
Šternov model Experiment
Da li je slaganje baš dobro?
![Page 35: Nefaradejski procesi, osnovni pojmovi](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012017/615b5a179420213a782fb4ca/html5/thumbnails/35.jpg)
Korisni linkovi
• https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/electric-double-layer
• https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/electric-double-layer-capacitor