Hóa lý Điện hóa học:mức femi lớp điện tích kép

NỘI DUNG MỨC FERMI THẾ OXY HÓA KHỬ LỚP ĐIỆN TÍCH KÉP Q TRÌNH CHUYỂN ELECTRON QUA BỀ MẶT PHÂN CHIA ĐIỆN CỰC Mức fermi K Ở nhiệt độ tuyệt đối K mức Fermi chất bán dẫn nằm vùng cấm Theo lý thuyết K chất rắn dẫn điện (kim loại), bề mặt “biển electron” mức fermi Tính dẫn điện chất bán dẫn electron vượt qua mức fermi Electron nhận nặng lượng giao động nhấp nhô gợn sóng Khi nhận lượng mức Fermi bị giảm, tới mức đủ chạy vùng Hóa Trị electron nhảy lên vùng dẫn dẫn điện => điều kiện cho bán dẫn dẫn điện I Mức fermi và thế oxy hóa khư 1.1 Mức fermi KN: Mức Fecmi(Fermi level) Là tổng tiềm điện tích Electron Cơng thức: •f (E,  EF, T) = KH: μ hoặc E F , Er Chức năng: xác định xác suất trạng thái lượng electron định nhiệt độ định.f(E) Trong đó: E: lượng electron EF: lượng Fermi, tùy thuộc vào chất kim loại f(E): xác suất để tìm thấy điện tử có lượng E nhiệt độ T   K=1,381.10   -23  J/ K (hằng số Boltzman) I Mức fermi và thế oxy hóa khư 1.1 Mức fermi Mức lượng này nằm dải cấm Ở nhiệt độ thấp (T≈0 K) • Nếu EEF, ta có f(E)=0 I Mức fermi và thế oxy hóa khư 1.1 Mức fermi I Mức fermi và thế oxy hóa khư 1.1 Mức fermi Tính lượng Fermi: Để ý là f(E)=1 và T=0 K) Từ ta suy lượng Fermi EF Nếu ta dùng đơn vị thể tích là m  và đơn vị lượng là eV γ có trị số là: y= 6,8.10  27 I Mức fermi và thế oxy hóa khư 1.1 Mức fermi Ví dụ a: khối lượng riêng Tungsten là d = 18,8g/cm , nguyên tử khối là A = 184, biết nguyên tử cho v = điện tử tự Tính lượng Fermi (Biết A0 là số Avogadro (A0 = 6,023.10 23 )) I Mức fermi và thế oxy hóa khư 1.1 Mức fermi • Giải:   Khối lượng cm3 là d, mỗt cm3 ta có số nguyên tử khối d/A Vậy cm3, ta có số nguyên tử thực là: Mỗi nguyên tử cho v = điện tử tự do, đó số điện tử tự m 3 là: , Với Tungsten, ta có: C.Mơ hình lớp kép Stern • Như vậy, lớp điện tích kép có hai lớp: + Lớp dày đặc nằm mặt phẳng điện cực mặt phẳng tiếp cận cực đại Ta gọi lớp lớp Helmholtz lớp bên + Lớp khuyếch tán trải rộng từ mặt phẳng tiếp cận cực đại vào sâu dung dịch C.Mơ hình lớp kép Stern • Thường độ phủ bề mặt ion lớp kép không lớn Khi ta biểu diễn phương trình Stern dạng đơn giản sau: q=q đc =-(q1+q2) (1.14) Trong đó: q1 điện tích lớp dày đặc q2 điện tích lớp khuếch tán Grahame: •D Thuyết   Ơng nhận thấy thuyết Stern có nhiều mâu thuẫn Thật vậy, khơng có hấp phụ đặc biệt tất ion nằm lớp khuyếch tán, lẽ điện tích lớp dày đặc q1 phải Nhưng thực tế = = theo lý thuyết Stern q1 lại khơng D Thuyết Grahame: Do đó, cần phải hiệu chỉnh lý thuyết Stem cho dung dịch khơng chứa chất hoạt động bề mặt hấp phụ bề mặt điện cực Nhiệm vụ Grahame giải năm 1947 D Grahame: • Thuyết   • Grahame chứng minh rằng, khơng có hấp phụ đặc biệt qd/c =- q2 = q lớp kép coi hai tụ điện mắc nối tiếp Như khơng có hấp thụ đặc biệt, ta có: •= + D Thuyết Grahame: • Grahame đưa giả thuyết thứ hai: Khi khơng có hấp phụ đặc biệt, điện dung lớp dày đặc phụ thuộc vào điện tích bề mặt điện cực mà không phụ thuộc vào nồng độ chất điện giải: C1 = f(q) Giới thiệu số phương pháp nghiên cứu lớp kép: • Có nhiều phương pháp sử dụng để nghiên cứu cấu tạo lớp kép: phương pháp hấp phụ, phương pháp điện mao quản, phương pháp đo điện dung lớp kép, phương pháp đường cong tích điện v.v… Trong số phương pháp phương pháp điện mao quản phương pháp điện đo điện dung sử dụng rộng rãi Q TÌNH CHUYỂN HĨA ELECTRON QUA BỀ MẶT PHÂN CHIA ĐIỆN CỰC DUNG DỊCH Electron chuyển dịch từ chất khử tới chất oxi hoá gián tiếp qua vật dẫn kim loại dùng làm điện cực Điện cực xảy oxi hố gọi anot, khử xảy điện cực gọi catot 39 Ví dụ: CuSO4 + Zn → ZnSO4 + Cu Cầu muối Cu Zn - + CuSO4 Hình 1: Pin đồng kẽm ZnSO4 40 Q TÌNH CHUYỂN HÓA ELECTRON QUA BỀ MẶT PHÂN CHIA ĐIỆN CỰC DUNG DỊCH Ví dụ ta tiến hành thí nghiệm sau: Thanh đồng nhúng dung dịch đồng sunfat, kẽm nhúng dung dịch kẽm sunfat, dung dịch nối với cầu muối ( cầu điện phân), đồng kẽm nối với dây dẫn điện, tạo thành hệ thống gọi pin điện hóa Đồng - Kẽm 41 Ion K + NH4 + o Linh độ/H2O, 25 C (m /s.v) Ion -8 7,62.10 Cl -8 7,61.10 NO3 - o Linh độ/H2O, 25 C (m /s.v) 7,91.10 -8 -8 7,40.10 KCl, NH4NO3 dùng làm chất tạo cầu muối 42 1,1 V e Catot Na Cu + SO4 Anot 2- Zn - + Cu Cu 2+ SO4 2- 2+ 2+ Zn 2+ Zn SO4 2- 43 Q TÌNH CHUYỂN HĨA ELECTRON QUA BỀ MẶT PHÂN CHIA ĐIỆN CỰC DUNG DỊCH Hoạt động pin điện hóa Đồng Kẽm: hệ thống gồm điện cực kẽm điện cực đồng nhúng vào dung dịch điện phân đươc nối với cầu muối, điện cực nối với dây dân điện có gắn bóng đèn, dòng điện sinh làm bóng đèn sáng lên Điện cực hệ gồm kim loại nhúng dung dịch chứa ion KL 2+ 2+ Mối điện cực cặp oxi hoa khử , cụ thể : Cu /Cu Zn /Zn 44 QUÁ TÌNH CHUYỂN HĨA ELECTRON QUA BỀ MẶT PHÂN CHIA ĐIỆN CỰC DUNG DỊCH Lúc hệ thống: - Trên kẽm Bề mặt Kẽm xảy trình OXH 2+ Zn – 2e → Zn Điện cực xảy trình OXH gọi anot Trên đồng Bề mặt Đồng xảy trình khử 2+ Cu + 2e → Cu Điện cực xảy trình Khử gọi catot 45 Q TÌNH CHUYỂN HĨA ELECTRON QUA BỀ MẶT PHÂN CHIA ĐIỆN CỰC DUNG DỊCH PƯ tổng quát: CuSO4 + Zn → ZnSO4 + Cu Như electron dịch chuyển từ anot sang catot qua dây dẫn tức truyền từ kẽm sang đồng dòng điện truyền ngược lại từ đồng sang kẽm ngược với chiều dòng electron Để trì dòng điện, ion dịch chuyển cầu muối, Cầu muối có tác dụng giữ cân electron điện cực 46 ... Hg có điện tích dương nhỏ, khơng tích điện Khi lớp kép tạo bề mặt kim loại, lớp điện tích âm ion I hấp thụ bề mặt thủy ngân lực hóa học tích điện dương ion K + nằm sát gần lớp ion I - Lớp kép thủy... tồn lớp điện kép • Lớp kép có cấu tao tụ điện phẳng gồm hai mặt phẳng đặt song song tích điện trái dấu Các giả thuyết cấu tạo lớp kép A Mơ hình lớp kép Hemhon Các giả thuyết cấu tạo lớp kép B.Mơ... tạo phức – Ảnh hưởng phản ứng kết tủa Lớp điện kép Sự hình thành lớp điện kép Các giả thuyết mơ hình lớp điện tích kép Các phương pháp nghiên cứu lớp điện kép • • Khi kim loại nhúng vào dung dịch