וולטמטריה ציקלית – הבדלי גרסאות

מ
←‏פתיח: ויקיזציה יש עוד הרבה עבודה אמיתית כאן
מ (הגהה)
מ (←‏פתיח: ויקיזציה יש עוד הרבה עבודה אמיתית כאן)
{{עריכה|נושא=מדעי הטבע}}
[[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 המתחה[[מתח חשמלי|מתח]] בזמן ונמדד הזרםה[[זרם חשמלי|זרם]] 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 בתמיסהב[[תמיסה]].
 
וולטמטריה ציקלית היא שיטה אלקטרוכימית אנליטית אשר נעשה בה שימוש נרחב במחקר של חומרים
וולטמטריה ציקלית היא שיטה אלקטרוכימית אנליטית אשר נעשה בה שימוש נרחב במחקר של [[תרכובת אורגנית|חומרים אורגניים]], [[תרכובת אי-אורגנית|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 בתהליך. שיטה זו מושגת באמצעות [[תא שלוש אלקטרודות]], פוטנציוסטט, ומחשב. המתח, מופעל על אלקטרודת העבודה ונסרק באופן לינארי מן הפוטנציאל הראשוני (אותו קבענו מראש) ועד המשני (פוטנציאל המיתוג), אשר שם כיוון הסריקה מתהפך. הפוטנציאל נמדד בין אלקטרודת העבודה לאלקטרודת הייחוס, והזרם נמדד בין אלקטרודת העבודה לאלקטרודה הנגדית.
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
אם הוא החומר הנמדד בעל יכולת חמצון חיזור פעיל בטווח הפוטנציאלים הנמדד, אז הזרם הנמדד הוא 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 לאלקטרודת העבודה . לאחר שתיגמר פעולת החמצון חיזור סביב אלקטרודה זו, אז זרימת אלקטרונים יכול להתרחש רק על ידי דיפוזיה של יצורים אלקטרו אקטיביים הנמצאים בתמיסה ונמשכים לאלקטרודת העבודה. לכן, התגובה הנוכחית תלויה בשני תהליכים: 1. התנועה של יצורים אלקטרו אקטיביים אל פני השטח של האלקטרודה העבודה (שיעור דיפוזיה מבוקר). 2. קצב העברת אלקטרון בין אלקטרודת העבודה והחומר הנמדד. על ידי ניתוח צורת הוולט גרמה, ניתן לקבוע את אופי תהליך העברת אלקטרון המתרחשים בתא.
בתהליך. שיטה זו מושגת באמצעות תא של שלוש אלקטרודות, פוטנציוסטט, ומחשב. המתח, מופעל על
אלקטרודה העבודה ונסרק באופן לינארי מן הפוטנציאל הראשוני (אותו קבענו מראש) ועד המשני
(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 הוא 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
לאלקטרודת העבודה . לאחר שתיגמר פעולת החמצון חיזור סביב אלקטרודה זו, אז זרימת אלקטרונים
יכול להתרחש רק על ידי דיפוזיה של יצורים אלקטרו אקטיביים הנמצאים בתמיסה ונמשכים לאלקטרודת
העבודה.
לכן, התגובה הנוכחית תלויה בשני תהליכים:
1. התנועה של יצורים אלקטרו אקטיביים אל פני השטח של האלקטרודה העבודה (שיעור דיפוזיה
מבוקר).
2. קצב העברת אלקטרון בין אלקטרודת העבודה והחומר הנמדד.
על ידי ניתוח צורת הוולט גרמה, ניתן לקבוע את אופי תהליך העברת אלקטרון המתרחשים בתא.
==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 ייחוס 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}}.'''
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}}.'''
 
==מאפיינים==
אופן השימוש בוולטמטריה ציקלית תלוי פעמים רבות בחומר הנבדק. ראשית, יש לוודא כי ניתן לחמצן או לחזר את החומר בטווח המתחים הרצוי. כמו כן, רצוי מאוד שתגובות החמצון-חיזור שהחומר עובר יהיו הפיכות.
 
לפיקים הפיכים יש הבדל מתחים ברור בין פיק החמצון (E<sub>pa</sub>) ופיק החיזור (E<sub>pc</sub>) במערכת אידאלית, הערך המוחלט |E<sub>pc</sub>-E<sub>pa</sub>| יהיה 59mV עבור תגובה הכרוכה באלקטרון אחד ו30mV בתגובה של שני אלקטרונים. כמו כן, במקרה של תגובה הפיכה, היחס בין הזרם העובר בזמן חמצון ובזמן חיזור קרוב ל-1. כאשר פיקים כאלו מופיעים ניתן ללמוד על פוטנציאל [[תא אלקטרוכימי| חצי התא]] באמצעות המעגל התרמודינמי של בורדוול {{אנ|Bordwell thermodynamic cycle}}. כאשר לא מדובר על תגובות הפיכות לחלוטין (יחס הזרמים שונה מ1) ניתן ללמוד מידע נוסף, בפרט על הקינטקיה של התגובה האלקטרוכימית.
 
כאשר התגובות אינן הפיכות כלל, לא ניתן ללמוד על פוטנציאל חצי התא התרמודינמי של התגובה באמצעות וולטמטריה ציקלית. למרות זאת, ניתן למדוד את פוטנציאל חצי התא על ידי שימוש בכמויות שוות של החומר הנבדק בצורתו המחומצנת והמחוזרת. לא ניתן לדעת אם המדידה משקפת את הפוטנציאל התרמודינאמי של החומרים או פוטנציאל עודף {{אנ|Overpotential}} גדול יותר.
10,172

עריכות