Równanie Tafela

Równanie Tafela – równanie opisujące zależność szybkości reakcji elektrochemicznej od nadpotencjału elektrody^[1]. Równanie to zostało najpierw ustalone eksperymentalnie, a dopiero później uzasadnione teoretyczne. Nazwa pochodzi od chemika Juliusa Tafela (1862–1918).

Dla pojedynczej elektrody równanie Tafela można wyrazić jako:

${\displaystyle \Delta V=A\ln \left({\frac {i}{i_{0}}}\right),}$

gdzie:

${\displaystyle \Delta V}$ – nadpotencjał, [V],

${\displaystyle A}$ – nachylenie „linii Tafela”, [V],

${\displaystyle i}$ – gęstość prądu elektrodowego, [A/m²],

${\displaystyle i_{0}}$ – gęstość prądu wymiany na elektrodzie, [A/m²].

Nachylenie linii Tafela jest ustalane eksperymentalnie na podstawie następującej zależności:

${\displaystyle A={\frac {kT}{e\alpha }},}$

gdzie:

${\displaystyle k}$ – stała Boltzmanna,

${\displaystyle T}$ – temperatura bezwzględna,

${\displaystyle e}$ – ładunek elektronu,

${\displaystyle \alpha }$ – stała zwana „współczynnikiem wymiany ładunku” albo „symetrii” reakcji elektrodowej.

Forma alternatywna

Równanie Tafela można alternatywnie wyrazić jako:

${\displaystyle i=nFk\exp \left(\pm \alpha F{\frac {\Delta V}{RT}}\right),}$

gdzie:

dodatni znak w eksponensie jest dla reakcji anodowych, a ujemny dla katodowych,

${\displaystyle n}$ – liczba elektronów biorących udział w reakcji elektrodowej,

${\displaystyle k}$ – stała szybkości reakcji elektrodowej,

${\displaystyle R}$ – stała gazowa,

${\displaystyle F}$ – stała Faradaya.

Zastosowanie

Równanie Tafela zakłada, że szybkość reakcji odwrotnej jest mała w porównaniu z szybkością reakcji wprost.

Równanie Tafela jest stosowalne dla wysokich nadpotencjałów. Dla niskich nadpotencjałów prąd jest zazwyczaj zależny liniowo (a nie eksponencjalnie) od polaryzacji:

${\displaystyle i=i_{0}{\frac {nF}{RT}}\Delta V.}$

Zobacz też

• potencjał elektrody
• równanie Butlera-Volmera

Przypisy