इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री में थर्मोडायनामिक और गतिज नियंत्रण के बीच क्या अंतर है?

थर्मोडायनामिक्स संतुलन विभव को निर्धारित करता है और क्या एक अभिक्रिया अनुकूल है, जबकि गतिकी यह निर्धारित करती है कि यह एक दिए गए ड्राइविंग बल पर कितनी तेजी से आगे बढ़ती है; एक थर्मोडायनामिक रूप से अनुकूल अभिक्रिया अभी भी नगण्य रूप से धीमी हो सकती है यदि इसकी आवेश-स्थानांतरण गतिकी सुस्त हो।

एक उपयोगी दर पर अभिक्रिया को चलाने के लिए अतिविभव की आवश्यकता क्यों होती है?

संतुलन पर शुद्ध धारा शून्य होती है; एक अतिविभव विपरीत दर पर आगे की दर को पक्षपाती करता है, और आवश्यक आकार यह दर्शाता है कि आंतरिक इलेक्ट्रॉन-स्थानांतरण गतिकी कितनी धीमी है।

इलेक्ट्रोड गतिकी

इलेक्ट्रोड गतिकी इलेक्ट्रोड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस पर आवेश-स्थानांतरण अभिक्रियाओं की दरों का वर्णन करती है और ये दरें विभव, सांद्रता और द्रव्यमान परिवहन पर कैसे निर्भर करती हैं।

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Definition

इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री की वह शाखा जो इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रॉन-स्थानांतरण अभिक्रियाओं की दरों और तंत्रों और इंटरफेस से अभिकारकों की आपूर्ति और उत्पादों को हटाने वाली परिवहन प्रक्रियाओं से संबंधित है।

Scope

यह क्षेत्र इलेक्ट्रोड अभिक्रियाओं की गतिकी को शामिल करता है: फेनोमेनोलॉजिकल बटलर-वोल्मर संबंध जो धारा को अतिविभव से जोड़ता है, इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण का सूक्ष्म मार्कस सिद्धांत, अभिक्रिया दर का प्रसार, प्रवासन और संवहन द्वारा अभिकारकों की आपूर्ति से युग्मन, और विनिमय धारा घनत्व और अतिविभव की नैदानिक मात्राएँ। यह बताता है कि कैसे अभिक्रिया दर, न कि संतुलन ऊर्जावान, वास्तविक विद्युत रासायनिक प्रक्रियाओं को सीमित करती है।

Sub-topics

Core questions

एक इलेक्ट्रोड पर धारा लागू अतिविभव पर कैसे निर्भर करती है?
एक प्राथमिक इलेक्ट्रॉन-स्थानांतरण चरण की दर को कौन से सूक्ष्म कारक नियंत्रित करते हैं?
एक इलेक्ट्रोड अभिक्रिया आवेश स्थानांतरण द्वारा बनाम अभिकारकों के परिवहन द्वारा कब सीमित होती है?
विनिमय धारा घनत्व के माध्यम से आंतरिक अभिक्रिया दरों को कैसे मापा जाता है?

Key theories

बटलर-वोल्मर समीकरण: एक फेनोमेनोलॉजिकल नियम जो शुद्ध धारा को घातीय एनोडिक और कैथोडिक पदों के अंतर के रूप में व्यक्त करता है, प्रत्येक एक स्थानांतरण गुणांक के माध्यम से अतिविभव पर निर्भर करता है, जो बड़े अतिविभव पर टैफेल संबंध में कम हो जाता है।
इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण का मार्कस सिद्धांत: एक सूक्ष्म सिद्धांत जो इलेक्ट्रॉन-स्थानांतरण दर को अभिक्रिया मुक्त ऊर्जा और विलायक और आंतरिक-गोलीय निर्देशांक को पुनर्व्यवस्थित करने से जुड़ी पुनर्गठन ऊर्जा से संबंधित करता है, एक उलटे क्षेत्र की भविष्यवाणी करता है जहां दर ड्राइविंग बल बढ़ने पर घट जाती है।
मिश्रित गतिज-परिवहन नियंत्रण: अवलोकित धाराएं आवेश स्थानांतरण और द्रव्यमान परिवहन के धीमे को दर्शाती हैं; उच्च अतिविभव पर अभिक्रिया परिवहन-सीमित हो जाती है, जिससे एक प्रसार-सीमित पठार धारा उत्पन्न होती है।

Clinical relevance

इलेक्ट्रोड गतिकी बैटरी, ईंधन सेल और इलेक्ट्रोलाइज़र की शक्ति उत्पादन और दक्षता, इलेक्ट्रोकेमिकल सेंसर की संवेदनशीलता और प्रतिक्रिया समय, संक्षारण की दर, और औद्योगिक इलेक्ट्रोसिंथेसिस और इलेक्ट्रोप्लेटिंग की थ्रूपुट निर्धारित करती है।

History

अतिविभव और धारा के लघुगणक के बीच टैफेल का अनुभवजन्य 1905 संबंध बटलर और वोल्मर द्वारा 1920-1930 के दशक में एक गतिज आधार पर रखा गया था; मार्कस ने 1950-1960 के दशक में इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण का सूक्ष्म सिद्धांत विकसित किया, जिसे 1992 के रसायन विज्ञान के नोबेल पुरस्कार से मान्यता मिली।

Key figures

John A. V. Butler
Max Volmer
Rudolph A. Marcus
Julius Tafel

Seminal works

bard2001
marcus1993
newman2004

Frequently asked questions

इलेक्ट्रोकेमिस्ट्री में थर्मोडायनामिक और गतिज नियंत्रण के बीच क्या अंतर है?: थर्मोडायनामिक्स संतुलन विभव को निर्धारित करता है और क्या एक अभिक्रिया अनुकूल है, जबकि गतिकी यह निर्धारित करती है कि यह एक दिए गए ड्राइविंग बल पर कितनी तेजी से आगे बढ़ती है; एक थर्मोडायनामिक रूप से अनुकूल अभिक्रिया अभी भी नगण्य रूप से धीमी हो सकती है यदि इसकी आवेश-स्थानांतरण गतिकी सुस्त हो।
एक उपयोगी दर पर अभिक्रिया को चलाने के लिए अतिविभव की आवश्यकता क्यों होती है?: संतुलन पर शुद्ध धारा शून्य होती है; एक अतिविभव विपरीत दर पर आगे की दर को पक्षपाती करता है, और आवश्यक आकार यह दर्शाता है कि आंतरिक इलेक्ट्रॉन-स्थानांतरण गतिकी कितनी धीमी है।