Электрохимические методы исследования

Министерство образования России

Санкт-Петербургский Государственный университет

Факультет Химический

Кафедра Электрохимии

Рассмотрено и рекомендовано “Утверждаю”

на заседании кафедры декан факультета

электрохимии,

протокол № 8 от 8.04.03г. проф. Корольков Д.В.

Зав. кафедрой

д.х.н. Малев В. В.

Программа учебной дисциплины

“ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ”

вузовского компонента цикла ЕН подготовки специалиста по специализациям 011019 - электрохимия, 011005 - физическая химия, 011014 - коллоидная химия, 011021 - химическая термодинамика и кинетика, 011009 - химия твердого тела.

Разработчик: д.х.н. Малев В. В.

Рецензент: проф., д.х.н. Сидорова М. П.

Санкт-Петербург

2003 г.

Структура программы дисциплины.

1. Организационно-методический раздел.

1. Цель курса - познакомить студентов с основными электрохимическими методами, используемыми для изучения кинетики и механизма процессов переноса заряда и при проведении электроаналитических определений. Программа курса включает углубленное изучение ряда вопросов, с которыми студенты знакомились в общем курсе лекций по электрохимии, а также освоение ими ряда нестационарных электрохимических методов, нашедших широкое применение в практике различных химических исследований.

2. Задачи курса - изложение основных положений, лежащих в основе применения различных нестационарных методов, привитие навыков использования электрохимических методов для решения научных и прикладных задач.

3. Место курса в профессиональной подготовке выпускника. Курс расширяет представления студентов о возможностях использования электрохимических методов исследования и анализа. Успешное освоение курса предполагает знание студентами основ электрохимической кинетики, химической термодинамики и химической кинетики, а также предполагает наличие навыков выполнения практических работ в области физической химии.

4. Требования к уровню освоения курса. Содержание курса является составной частью профессиональных знаний выпускников по физико-химическим специализациям, служит основой для освоения специальных курсов и выполнения практических работ.

2. Содержание курса.

1. Разделы курса: общая характеристика и классификация нестационарных электрохимических методов исследования, одноимпульсные методы исследования с наложением малых и больших скачков потенциала (тока), потенциодинамические методы: полярография и циклическая вольтамперометрия, переменнотоковые методы исследования: фарадеевский импеданс и метод второй гармоники, комбинированные методы.

2. Темы и их краткое содержание.

1. Общая характеристика и классификация нестационарных методов исследования: Недостатки стационарных методов исследования процессов переноса заряда и потенциальные возможности нестационарных. Второй закон Фика как частный случай закона сохранения вещества в условиях нестационарности гетерогенных процессов. Обобщение 2-ого закона Фика, учитывающее конвекцию и протекание объемных химических реакций. Метод вращающегося диска как способ исследования кинетики гетерогенных процессов. Линейная полубесконечная диффузия и ограничения нестационарных электрохимических методов. Различные режимы изучения гетерогенных и объемных процессов переноса заряда и связанная с тем классификация нестационарных электрохимических методов. Приближенный метод описания нестационарной диффузии и его соотношение с точным.

2. Одноимпульсные методы исследования с наложением малых и больших скачков потенциала (тока): Эквивалентные схемы электрохимических систем. Гальваностатический режим, случай большой амплитуды задаваемого тока. Переходное время и критерии отсутствия (наличия) сопутствующих объемных реакций. Использование гальваностатического режима измерений для изучения механизмов и кинетики объемных химических реакций. Потенциостатический режим измерений, случай большой амплитуды задаваемого потенциала. Уравнение Коттрелла и интерпретация параметров этого уравнения в связи со спецификой изучаемых электрохимических систем.

3. Потенциодинамические методы: Основы полярографического метода исследования, ртутный капельный электрод (РКЭ), время жизни капли и его связь с высотой ртутного столба, режимы измерений на РКЭ: свободного падения капель и таст-режим. Емкостной и фарадеевский токи, уравнение Ильковича и его использование. Линейная и циклическая развертки потенциала на стационарных электродах. Потенциалы пиков и токи пиков на циклических вольтамперных кривых. Примеры использования циклической вольтамперометрии для изучения электродных процессов и процессов переноса заряда в мембранных системах.

4. Переменнотоковые методы: Импеданс как сопротивление электрической цепи на переменном токе. Специфика измерений импеданса в электрохимических системах, фарадеевский импеданс: импеданс в схеме Рэндлса-Шевчика и импеданс Варбурга. Использование метода фарадеевского импеданса для определения параметров переноса заряда через границы раздела, коэффициентов диффузии и дифференциальной емкости различных электрохимических (электродных и мембранных) систем.

5. Комбинированные методы: Линейная развертка потенциала электрода с наложением синусоидального или квадратно-волнового изменения потенциала малой амплитуды. Переменно-токовая полярография. Метод компенсации внутримембранного поля при изучении процессов транспорта в тонких липидных мембранах.

3. Контрольные вопросы и задания для самостоятельной работы формирует преподаватель.

1. Примерная тематика рефератов, курсовых работ. Рефераты по данному курсу не пишутся. Темы курсовых работ выбираются в соответствии с перечисленными разделами программы и задаются преподавателем.

2. Лабораторный практикум включает выполнение следующих экспериментальных работ:

• Потенциометрическое определение констант устойчивости комплексов металлов;

• Определение природы и концентрации реагирующих частиц полярографическим методом;

• Исследование кинетики электродных процессов методом циклической вольтамперометрии;

• Исследование кинетики электродных процессов методом вращающегося дискового электрода.

6. Примерный перечень экзаменационных вопросов по данному курсу. Вопросы по курсу сформулированы в экзаменационных билетах преподавателями кафедры, вопросы охватывают все перечисленные выше разделы и темы курса. В ходе экзамена преподавателем задаются дополнительные вопросы в целях проверки подготовленности студента по данному курсу.

3. Распределение часов курса по темам и видам работ

№	Наименование тем и разделов	Всего часов	Аудиторные занятия (часов) в том числе Лекции Практикум
1	Общая характеристика нестационарных методов	12	4	8
2	Одноимпульсные методы исследования	4	4	12
3	Потенциодинамические методы исследования	22	6	16
4	Переменнотоковые методы исследования	4	4	12
5	Комбинированные методы исследования	2	2	12
ИТОГО		44	20	60

IV. Формы контроля.

Промежуточная - сдача коллоквиумов и протоколов работ в спецпрактикуме по электрохимическим метода; итоговая - экзамен по окончании 9-ого семестра.

V. Учебно-методическое обеспечение.

Рекомендуемая основная литература.

1. Дамаскин Б. Б., Петрий О. А. Введение в электрохимическую кинетику. М.: Высшая школа, 1983.

2. Дамаскин Б. Б., Петрий О. А., Цирлина Г. А. Электрохимия. М.: Химия, 2001.

3. Бонд А. М. Полярографические методы в аналитической химии. М.: Химия, 1983.

4. Кравцов В. И., Красиков Б. С., Цвентарный Е. Г. Руководство к практическим работам по электрохимии. Л.: ЛГУ, 1979.

Дополнительная литература:

1. Гейровский Я., Кута Я. Основы полярографии. М.: Мир, 1965.

2. Кравцов В. И. Электродные процессы в растворах комплексов металлов. Л.: ЛГУ, 1969.

3. Плесков Ю. В., Филиновский В. Ю. Вращающийся дисковый электрод. М.-Л.: Наука, 1972.

4. Дамаскин Б. Б. Принципы современных методов изучения электрохимических реакций. М.: Изд-во МГУ, 1965.