Prepätie

Prepätie (tiež nadpätie)  príslušnej elektródovej reakcie vyjadruje rozdiel hodnoty elektródového potenciálu  pri priechode elektrického prúdu galvanickým článkom alebo elektrolyzérom (nerovnovážny elektródový potenciál )  a rovnovážneho elektródového potenciálu , keď galvanickým článkom neprechádza elekrickým prúd:

Prepätie teda charakterizuje mieru polarizácie elektród. 

Prepätie je závislé na materiále elektródy (chemickej látke, z ktorej je konštruovaná), na veľkosti povrchu elektródy, na teplote (pričom prepätie klesá asi o 2 mV/K) a prúdovej hustote. 

Závislosť prepätia  od prúdovej hustoty opisuje Tafelova rovnica:

kde  a  sú empirické konštantny, pričom  závisí na povahe elektródy, čiže súvisí s rýchlosťou prenosu elektrónov.  je konštanta, ktorá je pre rôzne kovy približne rovnaká. Znamienko  platí pre oxidáciu, znamienko  platí pre redukciu.

Prúdová hustota  je podiel elektrického prúdu ku ploche elektródy:

Prepätie je súčtom aktivačného prepätia  a koncentračného prepätia :

po dosadení vzťahov pre aktivačné a koncentračné prepätie (vide infra):

po vykrátení argumentov prirodzených logaritmov vyjde vzťah pre prepätie:

 Aktivačné prepätie 
Aktivačné prepätie  je prepätie, ktoré sa uplatní, pokiaľ reakcia prenosu náboja medzi vodivými fázami pomalá.  Aktivačné prepätie  je spôsobené pomalým prenosom elektrického náboja cezmedzifázové rozhranie. Dôsledkom je, že transport oxidovanej a redukovanej formy látky od povrchu jednej fázy do hĺbky roztoku a naopak z hĺbky roztoku ku povrchu medzifázového rozhrania je dostatočne rýchly, aby v okolí fázového rozhrania bola rovnaká koncentrácia redukovanej a oxidovanej formy látky ako v ostatných častiach roztoku. 

S aktivačným prepätím súvisí elektrochemická polarizácia elektród, ktorá je práveže vyvolaná malou rýchlosťou výmeny elektrického náboja medzi elektródou (vodičom prvej triedy) a elektroaktívnou látkou (elektrolytom) v roztoku (vodič druhej triedy).

Pre aktivačné prepätie  platí:

 Koncentračné prepätie 
Koncentračné prepätie  sa uplatní, ak je reakcia prenosu náboja medzi vodičom prvej triedy a vodičom druhej triedy dostatočnej rýchla a preto sa aktivačné prepätie  blíži nule. Dôsledkom je, že transport oxidovanej a redukovanej formy látky od povrchu jednej fázy do hĺbky roztoku a naopak z hĺbky roztoku ku povrchu medzifázového rozhrania nie je dostatočne rýchly, aby v okolí fázového rozhrania bola rovnaká koncentrácia redukovanej a oxidovanej formy látky ako v ostatných častiach roztoku. 

Na medzifázovom rozhraní sa ustanoví termodynamická rovnováha opísaná Nernstovou rovnicou:

a pre koncentračné prepätie platí:

kde  je štandardná koncentrácia oxidovanej formy látky pri povrchu elektródy,  je štandardná koncentrácia redukovanej formy látky pri povrchu elektródy,   je molárna koncentrácia oxidovanej formy látky pri povrchu elektródy,  je molárna koncentrácia redukovanej formy látky pri povrchu elektródy.

 Pozri aj 

 polarizácia elektród
 elektróda
 galvanický článok
 chemická kinetika
 tafelova rovnica
 prúdová hustota

 Referencie 

Kategória:Elektrochémia
Kategória:Chemická kinetika