10.19 : תרשים וולטמטריה: סקירה כללית

תרשימי וולטמטריה הם גרפים המתארים את הזרם כפונקציה של הפוטנציאל המיושם, ומספקים תובנות על מערכות אלקטרוכימיות. צורת התרשים תלויה באופן מדידת הזרם והאם קיימת קונבקציה (תנועת חום בנוזל).

צורות תרשימי וולטמטריה

צורת התרשים משקפת את התנהגות האנליט בתהליך החמצון-חיזור. בנוכחות קונבקציה, כמו ערבוב בוולטמטריה הידרודינמית, התרשים מקבל צורת עקומה סיגמואידית, שבה הזרם עולה מזרם שארי עד לזרם מוגבל בנקודת החמצון או החיזור של האנליט. הזרם המוגבל נוצר בשל העובי הקבוע של שכבת הדיפוזיה, הנקבע מתנועת הנוזל.

בהיעדר קונבקציה, שכבת הדיפוזיה מתרחבת עם הזמן, והתרשים מקבל צורת שיא. שיא הזרם מייצג את הנקודה שבה קצב החמצון או החיזור של האנליט מגיע למקסימום לפני ירידה בשל התרחבות שכבת הדיפוזיה. שתי צורות אלו - סיגמואיד ושיא- הן חיוניות להבנת תהליכי תנועת המסה וקינטיקת התגובה במערכות אלקטרוכימיות.

שימושים כמותיים

לתרשימי וולטמטריה יש גם שימושים כמותיים משמעותיים. הזרם המוגבל פרופורציונלי ישירות לריכוז האנליט בתמיסה. קשר זה מנוצל בטכניקות כמו וולטמטריה הידרודינמית לחישוב ריכוזי אנליטים. על ידי מדידת הזרם המוגבל, כימאים יכולים לקבוע במדויק את כמות החומר בתמיסה, מה שחשוב ליישומים בניתוח סביבתי, פרמצבטיקה וניטור תעשייתי.

שימושים איכותיים: פוטנציאלים במצב סטנדרטי

בנוסף למדידת ריכוזים, תרשימי וולטמטריה מספקים נתונים איכותיים על ידי קביעת פוטנציאלים במצב סטנדרטי לתגובות חמצון-חיזור. ניתן להשתמש בפוטנציאל השיא בתרשים וולטמטריה עם משוואת נרנסט לחישוב פוטנציאל החמצון-חיזור של אנליט. פוטנציאל זה מספק תובנות על הסבירות שחומר יעבור חמצון או חיזור בתנאים סטנדרטיים.

וולטמטריה גם מסייעת להבדיל בין תגובות הפיכות לבלתי הפיכות על בסיס הסימטריה והצורה של התרשים. תגובות הפיכות מציגות שיאים סימטריים, בעוד שתהליכים בלתי הפיכים מציגים יותר אי-סימטריה.

תרשימי וולטמטריה הם כלים מרכזיים לניתוח איכותי וכמותי באלקטרוכימיה. צורותיהם—סיגמואיד או שיא - מספקות תובנות על אופי התגובה האלקטרוכימית, בעוד שהקשרים בין הזרם לפוטנציאל מאפשרים קביעה מדויקת של ריכוזי אנליטים ופוטנציאלי חמצון-חיזור, מה שהופך את הוולטמטריה לטכניקה רב-תכליתית לחקר מערכות אלקטרוכימיות.