第3章电极溶液界面结构与性质PPT讲稿.ppt
《第3章电极溶液界面结构与性质PPT讲稿.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第3章电极溶液界面结构与性质PPT讲稿.ppt(76页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第3章电极溶液界面结构与性质第1页,共76页,编辑于2022年,星期一重点要求重点要求n研究双电层结构的主要方法的基本原理、研究双电层结构的主要方法的基本原理、优缺点和用途;优缺点和用途;n界面结构的物理图像(模型);界面结构的物理图像(模型);n特性吸附对双电层结构、性质的影响;特性吸附对双电层结构、性质的影响;第2页,共76页,编辑于2022年,星期一第一节第一节 概述概述 一一.研究电极研究电极/溶液界面性质的意义溶液界面性质的意义n界面电场对电极反应速度的影响界面电场对电极反应速度的影响 1.距离小,场强巨大,反应速度极大提高距离小,场强巨大,反应速度极大提高 2.电极电位可以连续变化
2、,可以有效连续的改电极电位可以连续变化,可以有效连续的改 变反应速度变反应速度n溶液组成和浓度,电极材料的物理化学溶液组成和浓度,电极材料的物理化学性质及表面状态的影响性质及表面状态的影响第3页,共76页,编辑于2022年,星期一二二.研究电极研究电极/溶液界面的基本方法溶液界面的基本方法研究电极研究电极/溶液界面:溶液界面:研究相间过渡区域剩研究相间过渡区域剩余电荷和电位的分布余电荷和电位的分布n 通过使用一些可测的界面参数来研究电通过使用一些可测的界面参数来研究电极极/溶液界面;溶液界面;n 根据一定的界面结构模型来推算界面参根据一定的界面结构模型来推算界面参数数,根据实验测量数据来检验模
3、型。,根据实验测量数据来检验模型。第4页,共76页,编辑于2022年,星期一基本方法:基本方法:n电毛细曲线法电毛细曲线法n微分电容曲线法微分电容曲线法n充电曲线法充电曲线法第5页,共76页,编辑于2022年,星期一n研究界面性质,希望没有电化学反应发研究界面性质,希望没有电化学反应发生生n可方便的改变电极电位,定量分析建立可方便的改变电极电位,定量分析建立双电层所需电量双电层所需电量研究电极研究电极/溶液界面对研究电极的要求溶液界面对研究电极的要求第6页,共76页,编辑于2022年,星期一研究电极研究电极/溶液界面对研究电极的要求溶液界面对研究电极的要求 通过外电路流向通过外电路流向“电极电
4、极/溶液溶液”界面的电荷可能界面的电荷可能参加两种不同的过程:参加两种不同的过程:n在界面上参加电化学反在界面上参加电化学反应而被消耗应而被消耗;n用来改变界面结构。用来改变界面结构。第7页,共76页,编辑于2022年,星期一理想极化电极理想极化电极 n定义:定义:在一定电位范在一定电位范围内,有电量通过围内,有电量通过时不发生电化学反时不发生电化学反应的电极体系称为应的电极体系称为理想极化电极理想极化电极。Ideal polarized electrode第8页,共76页,编辑于2022年,星期一常用的理想极化电极常用的理想极化电极滴汞电极滴汞电极dropping mercury elect
5、rode(DME)(+)(-)在在0.1-1.6V之间可以认为该之间可以认为该电极是理想极化电极。电极是理想极化电极。(没有任何电化学反应)(没有任何电化学反应)第9页,共76页,编辑于2022年,星期一第二节第二节 电毛细现象电毛细现象electrocapillarity 界面张力不仅与物质组成有关,而且与电极电位有关界面张力不仅与物质组成有关,而且与电极电位有关n电毛细现象:电毛细现象:界面张力界面张力 随电极电位变化的现象。随电极电位变化的现象。n电毛细曲线:电毛细曲线:界面张力与电极电位的关系曲线界面张力与电极电位的关系曲线。第10页,共76页,编辑于2022年,星期一一一.电毛细曲线
6、的测定电毛细曲线的测定n体系平衡时:体系平衡时:恒定一个电位恒定一个电位 ,通过,通过调节贮汞瓶高度使弯月调节贮汞瓶高度使弯月面保持不变,从而求得面保持不变,从而求得 。第11页,共76页,编辑于2022年,星期一二二.电毛细曲线及其微分方程电毛细曲线及其微分方程第12页,共76页,编辑于2022年,星期一电毛细曲线微分方程的推导电毛细曲线微分方程的推导n由由Gibbs吸附方程:吸附方程:界面张力的变化 表面吸附量 化学位变化 第13页,共76页,编辑于2022年,星期一n对电极体系,可将电子看成可在表面移对电极体系,可将电子看成可在表面移动积累产生吸附的粒子。动积累产生吸附的粒子。若电极表面
7、剩若电极表面剩余电荷密度为余电荷密度为q,则:,则:电子的表面吸附量 第14页,共76页,编辑于2022年,星期一n其化学位变化为:其化学位变化为:Gibbs方程改为:方程改为:第15页,共76页,编辑于2022年,星期一n对理想极化电极:对理想极化电极:或:或:电毛细曲线微分方程(Lippmann方程)第16页,共76页,编辑于2022年,星期一第17页,共76页,编辑于2022年,星期一对电毛细曲线微分方程的实验解释对电毛细曲线微分方程的实验解释n当电极表面存在正的剩余电荷时:当电极表面存在正的剩余电荷时:对应电毛细曲线左半支;对应电毛细曲线左半支;n当电极表面存在负的剩余电荷时,当电极表
8、面存在负的剩余电荷时,对应电毛细曲线右半支。对应电毛细曲线右半支。第18页,共76页,编辑于2022年,星期一n当电极表面剩余电荷等于零,即无离子当电极表面剩余电荷等于零,即无离子双电层存在时:双电层存在时:n定义:定义:表面电荷密度表面电荷密度q等于零时的电极电等于零时的电极电位,也就是与界面张力最大值相对应的位,也就是与界面张力最大值相对应的电极电位称为电极电位称为零电荷电位零电荷电位(zero charge potential)。第19页,共76页,编辑于2022年,星期一三三.电毛细曲线法的主要应用电毛细曲线法的主要应用n判断电极表面带电状况(符号);判断电极表面带电状况(符号);n求
9、电极表面剩余电荷密度求电极表面剩余电荷密度q;n求离子表面剩余量求离子表面剩余量 。第20页,共76页,编辑于2022年,星期一第三节第三节 双电层的微分电容双电层的微分电容 一一.微分电容与积分电容微分电容与积分电容n微分电容微分电容(differential capacity):引引起电位微小变化时所需引入电极表面的起电位微小变化时所需引入电极表面的电量,也表征了界面在电极电位发生微电量,也表征了界面在电极电位发生微小变化时所具备的贮存电荷的能力。小变化时所具备的贮存电荷的能力。第21页,共76页,编辑于2022年,星期一n积分电容:积分电容:从从0 0到某一电位到某一电位之间的平均电容称
10、为之间的平均电容称为积分电容积分电容。n 与与 的关系:的关系:第22页,共76页,编辑于2022年,星期一二二.微分电容的测量微分电容的测量n交流电桥法:交流电桥法:在处于平衡电位在处于平衡电位 或直流或直流极化的电极上迭加一个小振幅的正弦波极化的电极上迭加一个小振幅的正弦波(扰动(扰动10mV),用交流电桥测量与电),用交流电桥测量与电解池阻抗相平衡的串联等效电路的电容解池阻抗相平衡的串联等效电路的电容值与电阻值,从而求得值与电阻值,从而求得 。第23页,共76页,编辑于2022年,星期一基本线路基本线路交流讯号交流讯号源源交流电桥交流电桥直流极化直流极化回路回路电极电位测量回电极电位测量
11、回路路第24页,共76页,编辑于2022年,星期一电解池的设计及其等效电路分析电解池的设计及其等效电路分析fR第25页,共76页,编辑于2022年,星期一n由于电极本身是金属材料,导电性能好,由于电极本身是金属材料,导电性能好,可不考虑可不考虑Ra和和Rb;同时由于两电极间距离;同时由于两电极间距离大,所以大,所以CabCd,此时,电路简化为:此时,电路简化为:fR第26页,共76页,编辑于2022年,星期一n辅助电极上(如辅助电极上(如Pt)几乎无反应,所以)几乎无反应,所以可以去掉,又由于其面积很大,可以去掉,又由于其面积很大,Cd很大,很大,相当于辅助电极短路,可以将电路进一相当于辅助电
12、极短路,可以将电路进一步简化为:步简化为:fR第27页,共76页,编辑于2022年,星期一n对理想极化电极还可以进一步简化为:对理想极化电极还可以进一步简化为:双电层电容双电层电容溶液电阻溶液电阻第28页,共76页,编辑于2022年,星期一三三.微分电容曲线微分电容曲线 KCl第29页,共76页,编辑于2022年,星期一微分电容曲线的应用微分电容曲线的应用 n利用利用 判断判断q正负正负;n研究界面吸附研究界面吸附;n求求q:n如无电化学反应,全部电荷都用来形成如无电化学反应,全部电荷都用来形成双电层电容双电层电容比电毛细曲线精确比电毛细曲线精确第30页,共76页,编辑于2022年,星期一第四
13、节第四节 双电层结构双电层结构 一一.电极电极/溶液界面的基本结构溶液界面的基本结构 电极电极/溶液界面的特点:溶液界面的特点:n静电作用:静电作用:使符号相反的剩余电荷形成使符号相反的剩余电荷形成紧密双电层结构;紧密双电层结构;n热运动:热运动:使荷电粒子趋向均匀分布,形使荷电粒子趋向均匀分布,形成分散层结构。成分散层结构。第31页,共76页,编辑于2022年,星期一Helmholtz模型(紧密层模型)模型(紧密层模型)n该模型只考虑电极与溶液间该模型只考虑电极与溶液间的静电作用,认为电极表面的静电作用,认为电极表面和溶液中的剩余电荷都紧密和溶液中的剩余电荷都紧密地排列在界面两侧,形成类地排
14、列在界面两侧,形成类似荷电平板电容器的界面双似荷电平板电容器的界面双电层结构。电层结构。第32页,共76页,编辑于2022年,星期一 Helmholtz模型成功之处:模型成功之处:n解释了界面张力随电极电位变化的规律;解释了界面张力随电极电位变化的规律;n可以解释微分电容曲线的平台区。可以解释微分电容曲线的平台区。不足:不足:n解释不了解释不了 曲线变化规律;曲线变化规律;n没有触及微分电容曲线的精细结构。没有触及微分电容曲线的精细结构。第33页,共76页,编辑于2022年,星期一GouyChapman分散层模型分散层模型 n该模型粒子热运动的影该模型粒子热运动的影响,响,认为溶液中的剩余认为
15、溶液中的剩余电荷不可能紧密地排列电荷不可能紧密地排列在界面上,而应按照势在界面上,而应按照势能场中粒子地分配规律能场中粒子地分配规律分布在临近界面地液层分布在临近界面地液层中,即形成电荷中,即形成电荷“分散分散层层”。第34页,共76页,编辑于2022年,星期一 GouyChapman模型合理之处:模型合理之处:n能较好地解释微分电容最小值的出现;能较好地解释微分电容最小值的出现;n能解释电容随电极电位的变化。能解释电容随电极电位的变化。不足:不足:n完全忽视了紧密层地存在完全忽视了紧密层地存在;n解释不了微分电容曲线解释不了微分电容曲线“平台区平台区”地出地出现。现。第35页,共76页,编辑
16、于2022年,星期一Stern模型模型 该模型认为由于静电该模型认为由于静电作用和粒子热运动这作用和粒子热运动这两种矛盾作用对立统两种矛盾作用对立统一的结果,使电极一的结果,使电极/溶溶液界面的双电层将由紧液界面的双电层将由紧密层和分散层两部分组密层和分散层两部分组成。成。第36页,共76页,编辑于2022年,星期一Stern模型中离子浓度及电位分布模型中离子浓度及电位分布MM第37页,共76页,编辑于2022年,星期一针对图像模型的几点说明针对图像模型的几点说明结构示意图中界面两侧电荷均指剩余电结构示意图中界面两侧电荷均指剩余电荷荷;离子均为水化的离子。离子均为水化的离子。d为紧贴电极表为紧
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电极 溶液 界面 结构 性质 PPT 讲稿
限制150内