וולטמטריה ציקלית – הבדלי גרסאות

תוכן שנמחק תוכן שנוסף
מ הוספת קישור לחמצון-חיזור
מ הגהה
שורה 2:
[[קובץ:Cyclovoltammogram.jpg|שמאל|ממוזער|250px|עקומה טיפוסית של וולטמטריה ציקלית]]
'''וולטמטריה ציקלית ''' (Cyclic Voltammetry, CV) היא שיטה אנליטית [[אלקטרוכימיה|אלקטרוכימית]] ב[[כימיה]]. בניסוי הנערך בשיטה זו, משנים את המתח בזמן ונמדד הזרם העובר בתמיסה. שלא כמו ב[[וולטמטריה]] רגילה, בה המתח נע בין תחום מינימום למקסימום ושם נעצר, בוולטמטריה ציקלית ברגע שהמתח מגיע לסף עליון כלשהו הוא יורד חזרה עד שהוא מגיע לסף תחתון. במדידה אחת בשיטת הוולטמטריה הציקלית ניתן לבצע כמה מחזורים כאלו או מחזור בודד. המידע מהמדידה מופיע כגרף של הזרם כנגד המתח בין האלקטרודות. וולטמטריה ציקלית משמשת למדידת תכונות אלקטרוכימיות של חומר בתמיסה.
וולטמטריה ציקלית הינההיא שיטה אלקטרוכימית אנליטית אשר נעשה בה שימוש נרחב במחקר של חומרים
אורגניים, אי-אורגניים וביו-כימיים כדי למדוד את פוטנציאל החמצון חיזור וכן מעקב אחר תהליכים של
העברת אלקטרונים . הניסוי מחייב סריקה של טווח פוטנציאלים תוך כדי מעקב אחר השתנות הזרם
שורה 9:
(פוטנציאל המיתוג), אשר שם כיוון הסריקה מתהפך. הפוטנציאל נמדד בין אלקטרודת העבודה
לאלקטרודת הייחוס, והזרם נמדד בין אלקטרודת העבודה לאלקטרודה הנגדית. אם הוא החומר הנמדד
בעל יכולת חמצון חיזור פעיל בטווח הפוטנציאלים הנמדד, אז הזרם הנמדד הינוהוא תוצאה של העברת
אלקטרון בין החומר הנמדד לאלקטרודת העבודה. וולטמטריה ציקלית מתבצעת בתמיסה סטטית, כלומר
ללא ערבוב, ומכאן למעשה מתבצע מעקב אך ורק על פעולת החמצון חיזור של הסביבה הקרובה
שורה 22:
==השיטה הניסיונית==
[[קובץ:Cyclicvoltammetrywaveform.jpg|שמאל|ממוזער|250px|כיתוב תמונה]]'''
בוולטמטריה ציקלית, המתח על האלקטרודה משתנה באופן לינארי כפי שאפשר לראות בתרשים שבצד. תרשים זה מוכר גם כקצב הסריקה בוולטמטריה (וולט לשנייה). המתח נמדד בין אלקטרודת יחוסייחוס והאלקטרודה העובדת בעוד שהזרם נמדד בין האלקטרודה העובדת והאלקטרודה הנגדית. המידע הנאסף מוצג בגרף של זרם (I) נגד מתח (V). כפי שניתן לראות מצורת הגל, הסריקה קדימה תביא להופעת נקודת מקסימום עבור כל נקודה בה הדוגמה יכולה להיות מחוזרת (או מחומצנת בהתאם לכיוון הסריקה הראשוני) בטווח המתחים הנמדד. בנקודת החיזור, הזרם יעלה באופן קיצוני (פיק) אבל יפול ברגע שהחומר הניתן לחיזור על יד האלקטרודה יתכלה. במקרה בו תגובת ה[[חמזור]] היא הפיכה, כאשר המתח בין האלקטרודות יתהפך, המתח יהיה כזה שהראגנט בתמיסה יחומצן מחודש, במקרה זה יופיע פיק זרם בכיוון ההפוך לזה הנמדד בתחילה. הפיקים יהיו בדרך כלל דומים בצורתם. מגרף זה ניתן ללמוד על פוטנציאל ה[[חמצון-חיזור]] של החומרים הנבדקים כמו גם על תכונותיהם האלקטרוכימיות.
לדוגמה, אם המעבר האלקטרוני על פני המשטח הוא מהיר והזרם מוגבל על ידי ה[[דיפוזיה]] של צורונים לפני השטח של האלקטרודה, אז הפיק של הזרם יהיה פרופורציונלי לשורש הריבועי של קצב הסריקה. יחס זה מתואר על ידי משוואת קוטרל {{אנ|Cottrell equation}}.'''
 
שורה 36:
==מערכת המדידה==
מערכת המדידה מורכבת משלוש אלקטרודות (מערכת שלוש אלקטרודות):
* '''אלקטרודת יחוסייחוס''', אלקטרודה שהמתח עליה ידוע ומוגדר היטב והיא משמשת כדי למדוד את המתח על פני אלקטרודת העבודה.
* '''אלקטרודת עבודה''', זוהי האלקטרודה עליה התגובה מתרחשת בפועל ועליה המתח משתנה במשך המדידה.
* '''אלקטרודה נגדית''', זוהי האלקטרודה אליה הזרם אמור לזרום. תפקידה למעשה הוא למנוע את זרימת הזרם אל אלקטרודת היחוסהייחוס ובכך לפגוע בה. המתח על אלקטרודה זו שווה בגודלו והפוך בסימן לזה שעל אלקטרודת העבודה וכך הוא מבטיח את זרימת הזרם אל בכיוון הרצוי.
 
במקרים רבים מוסיפים לתמיסה [[אלקטרוליט]] כדי להבטיח זרם חשמלי גדול מספיק.
 
האלקטרודות הינןהן נייחות ונמצאות בתוך מקטע שאינו מעורבב של התמיסה. המדידה באזור ה"שקט" של התמיסה גורמת לכך שהפיקים הנמדדים יהיו אופייניים לכאלו שמבוקרי דיפוזיה. בנוסף, בשיטה זו נשאר חלק מהחומר הנמדד אחרי שהוא חומצן או חוזר על פני אלקטרודת העבודה שם הוא יכול להמשיך ולהביא לתגובות חמזור. למרות הרצון במדידה בתמיסה שקטה, יש לערבב את התמיסה בין המדידות וזאת כדי להבטיח הופעת חומר חדש על פני האלקטרודה. המסיסות של החומר הנבדק יכולה להשתנות באופן קיצוני עם השינוי במטען הכולל שלו. היות שולטמטריה ציקלית משנה בדרך כלל את המטען של החומרים הנבדקים, פעמים רבות מופיע משקע על פני האלקטרודה. משקע זה יכול לבודד את האלקטרודה, להציג תכונות חמזור משלו במחזורים הבאים או במקרים קיצוניים, לשנות (כימית) את משטח האלקטרודה. מסיבות אלו ונוספות נהוג לנקות את משטח האלקטרודה בין מדידות.
 
חומרים מקובלים לאלקטרודת העבודה הם [[פחמן זכוכיתי]], [[פלטינה]] ו[[זהב]]. אלקטרודות אלו בדרך כלל סגורות באריזה מבודדת עם דיסקית גלויה בקצה אחד. לאלקטרודת עבודה טיפוסית יש רדיוס בסדר גודל של 1 מ"מ. ידיעת מידות המשטח וצורותו חיונית לפירוש המידע המתקבל בוולטמטריה ציקלית.
שורה 50:
האלקטרודה הנגדית יכולה להיות חומר מוליך טוב ולא מגיב עם רוב החומרים בתמיסה. תגובות על פני אלקטרודה זו אינן חשובות כל עוד האלקטרודות ממשיכה להוליך היטב. פעמים רבות האלקטרודה מחמצנת או מחזרת את הממס עצמו או את האלקטרוליט בשביל להמשיך ולהוליך זרם.
 
אלקטרודת היחוסהייחוס הינההיא מורכבת יותר ונשמרת יותר משאר האלקטרודות.
 
==וריאציות==