Στοιχεία Μαθήματος
Ηλεκτροχημικές Διεργασίες
Το μάθημα δεν θα διδαχθεί σε αυτό το εξάμηνο
Λεπτομέρειες Μαθήματος
Μετά την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος οι φοιτητές/φοιτήτριες θα μπορούν:
- Να περιγράψουν τα είδη και τρόπο λειτουργίας των ηλεκτροχημικών συστημάτων, τους διαφόρους τύπους ιοντικών αγωγών, τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ιόντων στα ηλεκτρολυτικά διαλύματα, καθώς και τα βασικά μεγέθη και νόμους που διέπουν τα φαινόμενα μεταφοράς φορτίου στην ομογενή φάση ενός ηλεκτρολύτη.
- Να περιγράψουν τη δομή της διεπιφάνειας ηλεκτροδίου/ηλεκτρολύτη και τις αιτίες εμφάνισης διαφοράς δυναμικού μεταξύ των άκρων της, καθώς και να διατυπώσουν τη συνθήκη θερμοδυναμικής ισορροπίας για μια διεπιφάνεια ηλεκτροδίου/ηλεκτρολύτη ή μια ηλεκτροχημική αντίδραση.
- Να περιγράψουν τους παράγοντες και μηχανισμούς που καθορίζουν το ρυθμό μιας ηλεκτροχημικής αντίδρασης και ελέγχουν τη λειτουργία των ηλεκτροχημικών συστημάτων όταν αυτά δεν βρίσκονται σε θερμοδυναμική ισορροπία, καθώς επίσης να εκφράσουν το ρυθμό πολυβηματικών ηλεκτροχημικών αντιδράσεων ως συνάρτηση μετρήσιμων παραμέτρων.
- Να εξηγήσουν, εφαρμόσουν και συνδυάσουν εξισώσεις για υπολογισμό της ιοντικής ισχύος, των συντελεστών ενεργότητας, της αγωγιμότητας και των σχετιζόμενων παραμέτρων σε διαλύματα ηλεκτρολυτών, καθώς και για υπολογισμό της θερμοκρασιακής εξάρτησης της αγωγιμότητας ηλεκτρολυτικών τηγμάτων και στερεών ηλεκτρολυτών.
- Να εξηγήσουν, εφαρμόσουν και συνδυάσουν εξισώσεις για υπολογισμό της πρότυπης ΗΕΔ ενός ηλεκτροχημικού στοιχείου από δεδομένα πρότυπων ηλεκτροδιακών δυναμικών ή από θερμοδυναμικά δεδομένα, για συσχετισμό του δυναμικού ισορροπίας ενός ηλεκτροδίου ή της ΗΕΔ με τις ενεργότητες των ηλεκτροενεργών ειδών, καθώς και για πρόβλεψη της αυθόρμητης κατεύθυνσης μιας οξειδοαναγωγικής αντίδρασης με βάση ηλεκτροχημικά δεδομένα.
- Να εξηγήσουν, εφαρμόσουν και συνδυάσουν εξισώσεις για υπολογισμό των αναπτυσσόμενων υπερτάσεων κατά τη λειτουργία ενός ηλεκτροχημικού στοιχείου καθώς επίσης και για υπολογισμό του δυναμικού λειτουργίας για δεδομένη πυκνότητα ρεύματος.
- Να παρουσιάσουν με σαφήνεια γραπτά και να συζητήσουν τις λύσεις ασκήσεων και προβλημάτων σχετιζόμενων με τις ηλεκτροχημικές διεργασίες.
Το μάθημα αποσκοπεί στο να αποκτήσουν οι φοιτητές γενικές ικανότητες για τα ακόλουθα:
- Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
- Προσαρμογή σε νέες καταστάσεις
- Παραγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης
- Παραγωγή νέων ερευνητικών ιδεών
- Λήψη αποφάσεων
- Εργασία σε διεπιστημονικό περιβάλλον
- Αυτόνομη εργασία
Δεν υπάρχουν προαπαιτούμενα μαθήματα.
Εισαγωγή στην Ηλεκτροχημεία: Αντικείμενο της Ηλεκτροχημείας. Διαφορές μεταξύ ηλεκτροχημικών και αμιγώς χημικών αντιδράσεων. Hλεκτροχημικά στοιχεία.
Ιόντα και ηλεκτρολύτες: Eνεργότητες των ιόντων σε διαλύματα ηλεκτρολυτών. Συντελεστές ενεργότητας. Αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ιόντων στο εσωτερικό ενός διαλύματος ηλεκτρολύτη (Θεωρία Debye-Hückel). Αγωγή του ηλεκτρικού ρεύματος σε ηλεκτρολυτικά διαλύματα (μηχανισμοί μετακίνησης των ιόντων, ιοντική ευκινησία, αριθμοί μεταφοράς ιόντων, αγωγιμότητα ηλεκτρολυτικών διαλυμάτων). Ηλεκτρολυτικά τήγματα. Στερεοί ηλεκτρολύτες
Διεπιφάνειες ηλεκτροδίου/ηλεκτρολύτη και ηλεκτροχημικά στοιχεία: Η δομή της ηλεκτρισμένης διεπιφάνειας. Τα δυναμικά των φάσεων. Διαφορά δυναμικού στην διεπιφάνεια ηλεκτροδίου/ηλεκτρολύτη και συνιστώσες του μετρούμενου δυναμικού ενός ηλεκτροχημικού στοιχείου. Πολώσιμες και μη-πολώσιμες διεπιφάνειες και ηλεκτρόδια αναφοράς. Το κανονικό ηλεκτρόδιο υδρογόνου και η ηλεκτροχημική σειρά. Οι συμβάσεις της IUPAC για τα ηλεκτροχημικά στοιχεία και για το πρόσημο της ηλεκτρεγερτικής δύναμης. Αυθόρμητες και μη αυθόρμητες αντιδράσεις σε ηλεκτροχημικά στοιχεία. Πρόβλεψη της αυθόρμητης κατεύθυνσης οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων από δεδομένα ηλεκτροδιακών δυναμικών.
Θερμοδυναμική των ηλεκτροχημικών αντιδράσεων: Βασικές αρχές. Το ηλεκτροχημικό δυναμικό και η ηλεκτροχημική ελεύθερη ενέργεια. Θερμοδυναμική ισορροπία σε ηλεκτροχημικά συστήματα. Η εξίσωση Nernst.
Κινητική των ηλεκτροχημικών αντιδράσεων: Σχέση μεταξύ πυκνότητας ρεύματος και ρυθμού μιας ηλεκτροχημικής αντίδρασης. Πυκνότητα ρεύματος ανταλλαγής. Οι νόμοι του Faraday. Η επίδραση του δυναμικού πάνω στην ενέργεια ενεργοποίησης και στο ρυθμό μιας ηλεκτροχημικής αντίδρασης. Η έννοια και τα είδη της υπέρτασης. Υπέρταση ενεργοποίησης. Η εξίσωση Butler-Volmer και η εξίσωση Tafel. Περιορισμοί μεταφοράς μάζας σε ηλεκτροχημικά συστήματα. Υπέρταση συγκέντρωσης και πυκνότητα οριακού ρεύματος. Ωμική υπέρταση. Μέτρηση της υπέρτασης ενός ηλεκτροδίου. Δυναμικό λειτουργίας ενός ηλεκτροχημικού στοιχείου. Ανάπτυξη κινητικών προτύπων για πολυβηματικές ηλεκτροχημικές αντιδράσεις.
Ηλεκτροκατάλυση και Ηλεκτροχημική Ενίσχυση της Κατάλυσης: Βασικές αρχές και παραδείγματα εφαρμογών.
Λογισμικό παρουσίασης slides
Χρήση διαδικτύου
eclass (πλατφόρμα τηλεκπαίδευσης)
Οργάνωση Διδασκαλίας
|
Δραστηριότητα |
Φόρτος Εργασίας Εξαμήνου |
|---|---|
|
Διαλέξεις |
39 |
|
Σειρές ασκήσεων |
24 |
|
Μελέτη |
39 |
|
Διαγωνίσματα |
6 |
Συνολικός Φόρτος Εργασίας (ECTS Standards):
Γλώσσα αξιολόγησης : Ελληνική
Η διαδικασία αξιολόγησης περιλαμβάνει:
- Γραπτή τελική εξέταση
- Ενδιάμεση γραπή εξέταση (διαγώνισμα προόδου), προαιρετική
- Σειρές ασκήσεων (3 σειρές) για επίλυση στο σπίτι (προαιρετικές)
Τα κριτήρια αξιολόγησης αναφέρονται ρητά στο φύλλο μαθήματος στον Οδηγό Σπουδών του Τμήματος.
- Ι. Α. Μουμτζής και Δ. Π. Σαζού, “Ηλεκτροχημεία”, Eκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη, 1997
- Ν. Κουλουμπή, “Ηλεκτροχημεία”, Εκδόσεις Συμεών, Αθήνα, 2005
- Ν.-Ε. Κυρατζής, “ Εισαγωγή στην ηλεκτροχημεία ”, Eκδόσεις Ζήτη Π. & Σια , Θεσσαλονίκη, 2005
- Σ. Μπεμπέλης, “Ηλεκτροχημεία”, Β’ Έκδοση, Εκδόσεις ΕΑΠ, Πάτρα, 2008
- E. Gileadi, “Electrode Kinetics for Chemists, Chemical Engineers, and Materials Scientists”, VCH, New York, 1993
- J. O' M. Bockris and A. K. N. Reddy, “Modern electrochemistry”, Vol.1 (Ionics), 2nd Edition, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, 1998
- J. O'M. Bockris, A. K. N. Reddy and M. Gamboa-Aldeco, “Modern electrochemistry”, Vol.2 (Fundamentals of Electrodics), 2nd Edition, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, 2000
- D. Pletcher, “A First Course in Electrode Processes”, The Electrochemical Consultancy, Romsey, U.K., 1991