Bevezetés az elektrokémiába

Tartalom

Előszó 3
1. A kémiai termodinamika alapjai 5
1.1 A reverzibilis folyamatok alapösszefüggése 5
1.1.1 Termodinamikai függvények 10
1.1.2 A kémiai és elektrokémiai potenciál 13
1.1.3 Elegyek és oldatok; aktivitás 16
1.1.3.1 Folyékony vagy szilárd elegyben levő anyag aktivitása és aktivitási tényezője 17
1.1.3.2 Oldott anyag aktivitása és aktivitási tényezője 19
1.1.4 A kémiai folyamatok egyensúlya 23
2. Homogén elektrokémiai rendszerek 27
2.1 Homogén elektrokémiai rendszerek egyensúlyai 27
2.1.1 Az ionok szolvatációja, ill. hidratációja 29
2.1.2 Oldott elektrolit aktivitása, közepes aktivitása és aktivitási tényezője 31
2.1.3 Az ionok eloszlása erős elektrolit híg oldatában 35
2.1.4 Az aktivitási tényező kiszámítása a Debye-Hückel-féle elmélet alapján 43
2.1.5 Az erős elektrolitok aktivitási tényezője tömény oldatokban 45
2.1.6 A gyenge elektrolitok disszociációs egyensúlyai 47
2.1.7 A savak és a bázisok 50
2.1.8 Az ionszorzat és a pH 52
2.1.9 A sók hidrolízise 54
2.1.10. A pufferoldatok 56
2.1.11. Kevéssé oldódó sók oldhatósági egyensúlyai 57
2.1.12 Az ionok asszociációja, ionpárok képződése 59
2.1.13 A koordinációs /komplex/ ionok egyensúlyairól 63
2.1.14 A polielektrolitok 65
2.1.15 Elektrolitok olvadékai 66
2.1.16 Gyakorló feladatok a 2.1 fejezethez 68
2.2 Transzportfolyamatok homogén elektrokémiai rendszerekben 69
2.2.1 A transzportfolyamatok termodinamikai tárgyalásáról 69
2.2.2 Elektrolitok transzportfolyamatainak néhány kérdése. Az elektromos mozgékonyság 72
2.2.3 Az elektrolitok diffúziója, a diffúziós együttható 74
2.2.3.1 A diffúziós potenciál 78
2.2.4 Az áram elektrolitikus vezetése 80
2.2.4.1 Az átviteli szám 84
2.2.4.2 Az ionok moláris fajlagos vezetése 89
2.2.4.3 Az elektrolitoldatok vezetésének függése a koncentrációtól /tapasztalati összefüggések/ 92
2.2.5 Az erős elektrolitok oldatainak vezetéséről 96
2.2.6 A gyenge elektrolitok oldatainak vezetéséről 100
2.2.7 Az elektrolitikus vezetés változása nagy térerősség és frekvencia hatására 101
2.2.8 Az elektrolitikus vezetés változása a hőmérséklettel 102
2.2.9 A nemvizes oldatok vezetéséről 103
2.2.10 Az elektrolitolvadékok vezetése 104
2.2.11 A szilárd elektrolitok vezetése 107
2.2.12 Gyakorló feladatok a 2.2. fejezethez 109
3. Heterogén elektrokémiai rendszerek 111
3.1 A heterogén elektrokémiai rendszerek egyensúlyai 112
3.1.1 Galváncellák 112
3.1.1.1 A cellareakció potenciálja 117
3.1.1.1.1 A cellareakció potenciálja és az elektromotoros erő közötti összefüggés 119
3.1.1.1.2 A cellareakció potenciálja a formális potenciállal kifejezve 121
3.1.1.1.3 A cellareakció potenciálja és az egyensúlyi állandó 121
3.1.1.1.4 A cellareakció potenciálja és reakcióhője közötti összefüggés 122
3.1.1.2 A koncentrációs elemek 123
3.1.1.2.1 Átvitel nélküli koncentrációs elemek 126
3.1.1.2.2 A koncentrációs elemek gyakorlati felhasználásáról 127
3.1.2 Elektródok 128
3.1.2.1. Elektródpotenciál, egyensúlyi potenciál 130
3.1.2.2 Az elektródreakció potenciálja 131
3.1.2.3 Az elektródreakció standardpotenciáljának meghatározása 135
3.1.2.4 Az egyensúlyi elektródpotenciál a formális elektródpotenciállal kifejezve 140
3.1.2.5 Az elektródok osztályozása 140
3.1.2.5.1 Elsőfajú elektródok 141
3.1.2.5.2 Másodfajú elektródok 146
3.1.2.5.3 A redoxielektródok 149
3.1.2.6 Párhuzamos elektródreakciók egyensúlya 150
3.1.2.7 A víz elektrokémiai egyensúlyi diagramja 154
3.1.2.8 A fémek elektrokémiai egyensúlyi diagramjai 156
3.1.2.8.1 A cink potenciál - pH diagramja 156
3.1.2.8.2 A vas potenciál - pH diagramja 161
3.1.2.9 Sorozatos elektrokémiai reakciók egyensúlya 164
3.1.3 Az elektrokémiai membránok 166
3.1.3.1 A membránegyensúlyok és membránpotenciálok 166
3.1.3.2 Ionszelektív elektródok 168
3.1.4 Az elektrokémiai kettős réteg 175
3.1.4.1 Az elektródokban létrejövő határfelületi jelenségek termodinamikai tárgyalása 177
3.1.5 Gyakorló feladatok a 3.1 fejezethez 181
3.2. Heterogén elektrokémiai rendszerekben végbemenő folyamatok /elektródfolyamatok kinetikája/ 183
3.2.1 A polarizáció és a túlfeszültség 184
3.2.2 Az átlépési polarizáció 189
3.2.2.1 A csereáram 193
3.2.2.2 A túlfeszültség átlépési polarizációkor 194
3.2.2.3 Az elektrokémiai kettős réteg szerkezetének hatása az átlépési reakció sebességére 201
3.2.3 A diffúziós polarizáció 203
3.2.3.1 A diffúziós áram 205
3.2.3.2 Az elektródpotenciál és az áramsűrűség közötti összefüggés diffúziós polarizáció esetén 207
3.2.3.3 A túlfeszültség és az áramsűrűség közötti összefüggés diffúziós polarizáció esetén 207
3.2.3.4 A folyadék mozgásának hatása a diffúziós rétegre; a forgó korongelektród 209
3.2.4 A reakciópolarizáció 211
3.2.5 Bonyolult kinetikájú elektródfolyamatok 214
3.2.5.1 Elektródreakciók sorozatos töltésátlépéssel 214
3.2.5.2 Párhuzamos elektródreakciók 216
3.2.5.3 Átlépési és diffúziós polarizáció együttes megjelenése 217
3.2.6 Gyakorló feladatok a 3.2. fejezethez 220
4. Az elektrokémia néhány gyakorlati vonatkozása 222
4.1 A fémek korróziója és a korrózió elleni védelem 222
4.1.1 A fémfelületek inhomogenitásának hatása a fémkorrózióra 227
4.1.2 A fémek passzivitása 229
4.1.3 Az aktív-passzív helyi elemek szerepe a korrózióban 232
4.1.4 A korrózió elleni védelem néhány elektrokémiai módszere 234
4.2 Az elektrokémiai reaktorok 237
4.2.1 Az elektrokémiai áramforrások 238
4.2.1.1 Az elektrokémiai áramforrások osztályozása 243
4.2.2 Az elektrolízis 251
4.2.2.1 Oldatban lévő fémionok redukcióján alapuló eljárások 254
4.2.2.2 A fémek oxidációján alapuló eljárások 258
4.2.2.3 Kémiai termékek elektrokémiai előállítása 259
4.2.2.4 Elektrolízis ionos olvadékban 261
4.3 Gyakorló feladatok a 4. fejezethez 263
Függelék 265
I. A gyakrabban használt fizikai mennyiségek neve és jele a jel abc-rendjében 265
II. A fontosabb fizikai állandók és egyes kombinációk 268
III. Elektrokémiai szempontból fontosabb elemek neve, relatív atomtömege, gyakoribb oxidációs száma és sűrűsége 269
IV. Az aktivitási tényezők közötti kapcsolatok kiszámítása 271
V. A Gibbs-féle adszorpciós izoterma 274
VI. Az átlépési polarizáció tárgyalása az aktivált komplexum elmélet alapján 276
VI.1. A csereáram 281
VI.2. A polarizációs görbe és a túlfeszültség átlépési polarizációkor 283
VII. A feladatok megoldásai 284
A felhasznált fontosabb forrásmunkák 286

Témakörök