Prepätie

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

\eta = E' - E

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&nbsp;mV/K) a prúdovej hustote. 

Závislosť prepätia \eta od prúdovej hustoty opisuje Tafelova rovnica:

\eta =\ a\ \pm\ b\ \cdot\  ln\ (j) 

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

Prúdová hustota j  je podiel elektrického prúdu ku ploche elektródy:

j =\ \frac{I}{S} \quad [\frac{A}{m^2}] 

Prepätie je súčtom aktivačného prepätia \eta_a   a koncentračného prepätia \eta_k :

\eta = \eta_a\ + \eta_k 

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

\eta = \eta_a\ + \eta_k 

\eta = E -E^o - \frac{RT}{nF}\ ln \left ( \frac{c_{ox}}{c_{red}} \right ) - \frac{RT}{nF}\ ln \left ( \frac{c_{red}\ \cdot\ c_{ox}^o}{c_{ox}\ \cdot\ c_{red}^o} \right )  

po vykrátení argumentov prirodzených logaritmov vyjde vzťah pre prepätie:

\eta = E -E^o - \frac{RT}{nF}  ln  \left ( \frac{c_{ox}^o}{ c^o_{red}} \right )
  

## Aktivačné prepätie
Aktivačné prepätie \eta_a   je prepätie, ktoré sa uplatní, pokiaľ reakcia prenosu náboja medzi vodivými fázami pomalá.  Aktivačné prepätie \eta_a   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 \eta_a   platí:

\eta_a = E -E^o - \frac{RT}{nF}\ ln \left ( \frac{c_{ox}}{c_{red}} \right )   

## Koncentračné prepätie
Koncentračné prepätie \eta_k  sa uplatní, ak je reakcia prenosu náboja medzi vodičom prvej triedy a vodičom druhej triedy dostatočnej rýchla a preto sa aktivačné prepätie \eta_a   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:

E\ =\ E^o\ - \frac{RT}{nF}ln\Bigl(\frac{c_{red}}{c_{ox}}\Bigr)

a pre koncentračné prepätie platí:

\eta_k = - \frac{RT}{nF}\ ln \left ( \frac{c_{red}\ \cdot\ c_{ox}^o}{c_{ox}\ \cdot\ c_{red}^o} \right )   

kde c_{ox}^o  je štandardná koncentrácia c_{ox}^o\ =\ 1\ mol\ /dm^3\ oxidovanej formy látky pri povrchu elektródy, c_{red}^o  je štandardná koncentrácia c_{red}^o\ =\ 1\ mol\ /dm^3\ redukovanej formy látky pri povrchu elektródy,  c_{ox}  je molárna koncentrácia oxidovanej formy látky pri povrchu elektródy, c_{red}  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