Electrochemical Techniques 1

Potencjał



Potencjał punktu w przestrzeni

jest

definiowany jako praca przeniesienia

jednostkowego ładunku do tego punktu

z nieskończoności.



Jednostką potencjału jest

, V (

=J/C)

Potencjał elektrodowy



Potencjał elektrody definiuje się jako siłę

elektromotoryczną ogniwa złożonego z

danej elektrody i odpowiedniej elektrody

porównawczej.

Pomiary potencjału

elektrodowego



Umowna standardowa elektroda

odniesienia jest oparta na reakcji:









Gazowy
wodór

Jony
wodorowe w
roztworze
o
jednostkowej
aktywności

Elektrony w
metalu

Wtórne elektrody

odniesienia



Elektrody odniesienia pierwszego

rodzaju – metal w równowadze z

rozpuszczalna solą:







Potencjał
kontrolowany
przez stężenie
jonów Cu

Wtórne elektrody

odniesienia



Elektrody odniesienia drugiego rodzaju

metal w równowadze z

trudno

rozpuszczalna solą i roztworem

zawierającym anion wchodzący w skład

soli:

AgCl















Stężenie jonówAg

utrzymuje
potencjał
równowagowy

Stężenie jonówAg

utrzymuje
potencjał
równowagowy

Stężenie jonów chlorkowych
reguluje stężenie jonów Ag

[Ag

][Cl

] = const

Stężenie jonów chlorkowych
reguluje stężenie jonów Ag

[Ag

][Cl

] = const

Potencjały popularnych

elektrod odniesienia

Nazwa zwyczajowa

Elektroda

V vs NHE

Nasycona elektroda kalomelowa

Hg/Hg

/sat. KCl

+0.241

Kalomelowa

Hg/Hg

/1M KCl

+0.280

Siarczano - rtęciowa

Hg/Hg

/nas. K

+0.640

Tlenkowo - rtęciowa

Hg/HgO/1M NaOH

+0.098

Chloro - srebrna

Ag/AgCl/nas. KCl

+0.197

Siarczano - miedziowa

Cu/nas. CuSO

+0.316

Cynk w wodzie morskiej

Zn/seawater

~ -0.8

Pomiary potencjału

Wymagania

–

Rezystancja

wejściowa



Wysoka rezystancja wejściowa

zmniejsza błędy związane z rezystancją

układu mierzonego



W przypadku większości pomiarów

korozyjnych wystarczająca jest wartość



ale dla układów o wysokich

rezystancjach (farby, warstwy pasywne,

itp.)



lub więcej jest wymagane.

Pomiary potencjału

Wymagania

– –

Odpowiedź

częstotliwościowa



Odpowiedź częstotliwościowa

(

zdolność

do wykrywania niewielkich zmian

Często

mało istotna przy pomiarach korozyjnych

–

Pomiary przy

1 Hz

są bardzo łatwe

–

Pomiary powyżej

1kHz

są bardziej

skomplikowane

–

Pomiary przy

50 Hz

są trudne

(

z powodu

nakładania się częstotliwości źródła

zasilania

Pomiary potencjału

Wymagania

Rozdzielczość

Rozdzielczość jest to zdolność do

wykrywania małych zmian potencjału

przy pomiarach dużych wartości.

–

dla większości pomiarów korozyjnych

rozdzielczość

1 mV

jest wystarczająca

–

w pomiarach szumu elektrochemicznego i

badaniach pokrewnych może być konieczne

zastosowanie przyrządów o rozdzielczości

1V

Pomiary potencjału

Wymagania

Czułość



Czułość jest to zdolność do pomiarów

małych wartości

–

np.

jest relatywnie łatwo uzyskać czułość



przy pomiarze

1 mV,

ale jest bardzo trudne

uzyskanie czułości



przy pomiarze sygnału

10 V

–

Zwykle nie ma problemu przy pomiarach

korozyjnych

Pomiary potencjału

Wymagania

Precyzja



Rozdzielczość jest zdolnością do detekcji

małych zmian potencjału przy

pomiarach dużych wartości



Czułość jest to zdolność do pomiaru

małych wartości



Precyzja lub dokładność jest zdolnością

do uzyskiwania

‘

prawdziwych

’

wartości

Metody pomiaru

potencjału



Miernik analogowy

(

magnetoelektryczny

)

–

Niska impedancja

(typically 20 k



/V)

–

Słaba odpowiedź częstotliwościowa

(~1 Hz)

–

Niska czułość

(~1 mV)

–

Niska rozdzielczość

(~1%)

–

Słaba precyzja

(~3%)

Metody pomiaru

potencjału



Miernik analogowy

lektroniczny

)

–

Wysoka impedancja

(

zwykle

10 M



)

–

Słaba odpowiedź częstotliwościowa

(~1 Hz)

–

Możliwa wysoka czułość

(~1



–

Niska rozdzielczość

(~1%)

–

Słaba precyzja

(~3%)

Metody pomiaru

potencjału



Miernik cyfrowy

–

Wysoka impedancja

(

zwykle

10 M



)

–

Słaba odpowiedź częstotliwościowa

(

ok.

Hz)

–

Wysoka czułość

(10



o 100 nV)

–

Wysoka rozdzielczość

(0.1%

o 0.0001%)

–

Wysoka precyzja

(0.1%

o 0.0001%)

Metody pomiaru

potencjału



Electrometr (

cyfrowy

)

–

Bardzo wysoka impedancja

(~10



)

–

Słaba odpowiedź częstotliwościowa

(<1 Hz)

–

Wysoka czułość



o 100 nV)

–

Wysoka rozdzielczość

(0.1%

o 0.001%)

–

Wysoka precyzja

(0.1%

o 0.001%)

Metody pomiaru

potencjału



Rejestratory

–

Impedancja zależna od typu urządzenia

(



)

–

Średnia odpowiedź częstotliwościowa

(~10

Hz)

–

Średnia czułość

(~10



–

Średnia rozdzielczość

(~0.1%)

–

Średnia precyzja

(~0.1%)

Metody pomiaru

potencjału



Oscyloskop

–

Wysoka impedancja

(10

to 10



)

–

Wysoka odpowiedź częstotliwościowa

(

MHz)

–

Średnia czułość

(~100



–

Słaba rozdzielczość

(~1%)

–

Słaba precyzja

(~1%)

Metody pomiaru

potencjału



Komputerowy zapis danych

–

Wysoka impedancja

(~10



)

–

Zmienna odpowiedź częstotliwościowa

(10

o 1 MHz

lub więcej

)

–

moderate to good sensitivity (~10



–

moderate to good resolution (0.5

o 0.01%)

–

moderate to good precision (0.5

o 0.01%)

–

facilitates subsequent plotting and analysis

O jest stabilna

Wydzielanie H

2.0
1.6

0.8

1.2

-0.4

0.4
0.0

-1.6

-0.8
-1.2

Wydzielanie O

Diagram

Pourbaix

E wzgl.
NEW

Linia czerwona

O = O

+ 4H

E = 1.229 – 0.059 pH

Linia niebieska

+ 2e

= H

E = 0.00 – 0.059 pH

Diagram Pourbaix dla

żelaza

2.0
1.6

0.8

1.2

-0.4

0.4
0.0

-1.6

-0.8
-1.2

Fe stabilne

Tlenki Fe

stabilne

iagram Pourbaix

dla

2.0
1.6

0.8

1.2

-0.4

0.4
0.0

-1.6

-0.8
-1.2

Odporność

Pasywność

2.0
1.6

0.8

1.2

-0.4

0.4
0.0

-1.6

-0.8
-1.2

Diagram Pourbaix

dla

odporność

Zn(OH)

pasywność

ZnO

korozja

Wartości potencjału

korozyjnego



Określanie możliwości zajścia procesu korozji na podstawie

pomiaru potencjału wzgl. elektrody siarczano-miedziowej

prawdopodobieństwo

korozji

-200

> 90%

brak korozji

-200

o -350

możliwość wystąpienia korozji

mniej niż

-350

> 90%

korozja

Document Outline