Électrochimie des solides : exercices corrigés avec rappels de cours

Auteur(s) :

Hammou, Abdelkader Découvrir l'auteur

Résumé

Cet ouvrage comprend des rappels de cours et des exercices résolus, notamment sur la notation des défauts dans les cristaux, l'évolution de la stoechiométrie, les mesures électrochimiques et leurs applications.

Autre(s) auteur(s)
- Georges, Samuel (1975-....)
Éditeur(s)
- EDP sciences
Date
- DL 2011
Notes
- Bibliogr. p. 269-270. Glossaire. Index
- Bibliogr. Glossaire. Index
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (285 p.) : ill., couv. ill. en coul. ; 25 cm
Collections
- Grenoble sciences
Sujet(s)
- Problèmes et exercices
- Ionique de l'état solide
ISBN
- 978-2-7598-0658-4
Indice
- 541.7 Électrochimie et magnétochimie
Quatrième de couverture
- Électrochimie des solides
  Exercices corrigés avec rappels de cours
  L'Electrochimie des solides dont l'essor a débuté dans les années 1950 poursuit son développement avec, récemment, les piles à combustible. Cette discipline repose fortement sur la synthèse et la caractérisation de matériaux utilisés dans des dispositifs électrochimiques, les électrolytes et les électrodes. Pour les premiers, les caractéristiques structurales et les propriétés de transport ionique sont déterminantes ; pour les seconds, la conductivité électrique, la cinétique des réactions d'électrodes et la stabilité de l'interface électrode/électrolyte sont les thèmes critiques.
  Ce livre d'exercices complète le livre de référence Electrochimie des solides (C. Déporteset al.), paru dans la même collection. Il comprend des rappels de cours, des exercices résolus avec une centaine d'illustrations, un glossaire et une bibliographie qui facilitent l'appropriation des connaissances.
  Le lecteur pourra ainsi accroître son expertise sur la notation des défauts dans les cristaux, l'évolution de la stoechiométrie, les mesures électrochimiques et leurs applications.
  L'ouvrage sera utile aux étudiants de master (chimie, physique et chimie-physique), aux enseignants, universitaires, chercheurs et ingénieurs concernés par les solides inorganiques.
  L'ouvrage est le résultat de leurs expériences et de celles des laboratoires grenoblois communs à l'UJF et à Grenoble INP.
Tables des matières
- - Electrochimie des solides
  - Exercices corrigés avec rappels de cours
  - Abdelkader Hammou et Samuel Georges
  - EDP Sciences
  - Avant-proposV
  - SommaireVII
  - Grandeurs, unités et symboles de base du système international (SI)1
  - Première partie
    Rappels de cours & Énoncés des exercices
  - Chapitre 1 - Description du cristal ionique9
  - Rappels de cours 9
  - 1.1 - Définitions 9
  - 1.1.1 - Le cristal parfait9
  - 1.1.2 - Le cristal réel10
  - 1.1.3 - Elément de structure et charge effective10
  - 1.2 - Réactions et équilibres 11
  - 1.2.1 - Désordres atomiques et désordre électronique11
  - 1.2.2 - Ecriture des réactions11
  - 1.2.3 - Présence d'atomes étrangers12
  - 1.2.4 - Equilibre avec l'environnement12
  - 1.3 - Diagramme de Brouwer 12
  - 1.3.1 - Equilibres13
  - 1.3.2 - Relation d'électroneutralité et approximation de Brouwer13
  - 1.3.3 - Allure du diagramme pour un cristal MX₂14
  - 1.3.4 - Cas de la solution solide (MX₂)_1-x-(DX)_x14
  - 1.4 - Stoechiométrie et écart à la stoechiométrie 15
  - Énoncés des exercices 16
  - Exercice 1.1 - Ecriture d'éléments et de défauts de structure16
  - Exercice 1.2 - Ecriture de réactions de dopage16
  - Exercice 1.3 - Sitoneutralité et écriture de formule chimique18
  - Exercice 1.4 - Calcul de concentration de défauts18
  - Exercice 1.5 - Dopage du fluorure de strontium19
  - Exercice 1.6 - Evolution de la concentration en défauts de structure dans le dioxyde de zirconium ZrO₂ pur en fonction de la pression partielle d'oxygène19
  - Exercice 1.7 - La non-stoechiométrie du monoxyde de fer20
  - Exercice 1.8 - Ecart à la stoechiométrie du fluorure de baryum BaF₂20
  - Exercice 1.9 - Etude cristallochimique et thermodynamique du dioxyde de thorium ThO₂21
  - 1 - Etude cristallochimique21
  - 2 - Equilibre avec la phase gazeuse21
  - Chapitre 2 - Méthodes et techniques23
  - Rappels de cours 23
  - 2.1 - Spectroscopie d'impédance complexe 23
  - 2.1.1 - Domaine temporel : Principaux dipôles linéaires passifs en régime sinusoïdal23
  - 2.1.2 - Notation et représentation complexes23
  - 2.1.3 - Représentation graphique de l'impédance complexe24
  - 2.1.4 - Autres dipôles27
  - 2.1.5 - Signification physique des spectres d'impédance complexe27
  - 2.2 - Méthodes de mesure du nombre de transport 28
  - 2.2.1 - Méthode de la force électromotrice28
  - 2.2.2 - Utilisation des résultats de conductivité totale29
  - 2.2.3 - Méthode de Tubandt29
  - 2.2.4 - Méthode dilato-coulométrique pour la mesure du nombre de transport cationique30
  - 2.2.5 - Semi-perméabilité électrochimique31
  - 2.2.6 - Méthode de l'électrode bloquante32
  - Énoncés des exercices 34
  - Exercice 2.1 - Détermination de la conductivité par la méthode des 4 électrodes34
  - Exercice 2.2 - Mesure de grandeurs électriques par spectroscopie d'impédance complexe35
  - Exercice 2.3 - Mesure de la conductivité électronique dans un conducteur mixte37
  - Exercice 2.4 - Mesure de la conductivité ionique dans un conducteur mixte38
  - Exercice 2.5 - Détermination du nombre de transport cationique par dilatocoulométrie39
  - Exercice 2.6 - Détermination du nombre de transport cationique dans CaF₂ par dilatocoulométrie40
  - Exercice 2.7 - Semi-perméabilité électrochimique41
  - Exercice 2.8 - Détermination du nombre de transport par semi-perméabilité électrochimique42
  - Exercice 2.9 - Détermination du mode de conduction dans alpha-AgI par la méthode de Tubandt42
  - Chapitre 3 - Transport dans les solides ioniques45
  - Rappels de cours 45
  - 3.1 - Approche phénoménologique du transport ionique dans les cristaux ioniques 45
  - 3.1.1 - Mobilité électrochimique et densité de flux45
  - 3.1.2 - Conductivité électrique et nombre de transport46
  - 3.2 - Approche microscopique du transport ionique dans les cristaux. Modèle du saut activé 46
  - 3.2.1 - Mobilité électrique46
  - 3.2.2 - Conductivité ionique48
  - 3.2.3 - Conductivité et température48
  - 3.2.4 - Conductivité et environnement49
  - 3.2.5 - Conductivité ionique et composition51
  - 3.2.6 - Autres paramètres51
  - 3.3 - Description élémentaire de la théorie de Wagner 52
  - Énoncés des exercices 55
  - Exercice 3.1 - Influence du facteur géométrique55
  - Exercice 3.2 - Etude de la mobilité de l'oxygène dans les solutions solides (ThO₂)_1-x(YO_1,5)_x55
  - Exercice 3.3 - Etude de la conductivité électronique dans la solution solide (CeO₂)_1-x(CaO)_x56
  - Exercice 3.4 - Nombre de transport électronique dans un verre57
  - Exercice 3.5 - Propriétés électriques du chlorure de potassium KC157
  - Exercice 3.6 - Application de la relation de Nernst-Einstein au LiCF₃SO₃ dans le polyoxyde d'éthylène P(OE)59
  - Exercice 3.7 - Variation de la conductivité électronique avec la composition dans le système (CeO₂)_1-x(YO_1,5)_x60
  - Exercice 3.8 - Conductivité de l'oxyde de nickel60
  - Exercice 3.9 - Relation conductivité ionique-activité de l'oxyde modificateur dans les verres à base d'oxydes61
  - Exercice 3.10 - Coloration électrochimique62
  - Exercice 3.11 - Diffusion de l'oxygène dans la cérine gadoliniée64
  - Exercice 3.12 - Conductivité électrique de la solution solide vitreuse (SiO₂)_1-x(Na₂O)_x64
  - Exercice 3.13 - SrZrO₃ conducteur protonique à haute température65
  - Exercice 3.14 - Modèle du volume libre67
  - Exercice 3.15 - Etude du fluorure de calcium CaF₂ monocristallin en présence d'oxygène69
  - Exercice 3.16 - Fem d'une membrane traversée par un flux de semi-perméabilité électrochimique71
  - Exercice 3.17 - Détermination de la conductivité électronique par semi-perméabilité électrochimique72
  - Chapitre 4 - Réactions d'électrode75
  - Rappels de cours
    Thermodynamique et cinétique électrochimiques 75
  - 4.1 - Thermodynamique de l'électrode 75
  - 4.1.1 - L'électrode75
  - 4.1.2 - Le potentiel d'électrode75
  - 4.1.3 - Polarisation d'électrode II75
  - 4.1.4 - Surtension d'électrode (...)76
  - 4.1.5 - Densité de courant i76
  - 4.2 - Cinétique électrochimique 76
  - 4.2.1 - Rappels76
  - 4.2.2 - Régime pur de transfert de charge (cas extrême)76
  - 4.2.3 - Régime mixte de transfert-diffusion77
  - 4.2.4 - Régime de cinétique pure de diffusion (cas extrême)79
  - 4.2.5 - Régime d'adsorption d'espèces gazeuses80
  - Énoncés des exercices 82
  - Exercice 4.1 - Electrode à diffusion d'oxygène limitante82
  - Exercice 4.2 - Etude d'une réaction d'électrode à oxygène83
  - Exercice 4.3 - Surtension dans une pompe électrochimique à oxygène85
  - Exercice 4.4 - Détermination d'un courant d'échange87
  - Exercice 4.5 - Réduction de la vapeur d'eau à l'interface M/YSZ avec M = Pt, Ni88
  - Exercice 4.6 - Oxydation de l'hydrogène à l'interface Ni/YSZ89
  - Chapitre 5 - Applications91
  - Rappels de cours 91
  - 5.1 - Capteurs électrochimiques 91
  - 5.1.1 - Définition et caractéristiques91
  - 5.1.2 - Le capteur potentiométrique pour l'analyse de gaz91
  - 5.1.3 - Le capteur ampérométrique92
  - 5.1.4 - Le capteur coulométrique93
  - 5.1.5 - Le capteur conductimétrique d'analyse de gaz93
  - 5.2 - Générateurs électrochimiques 94
  - 5.2.1 - Définition et caractéristiques94
  - Le générateur électrochimique : Définition, capacité et énergie théorique94
  - 5.2.2 - Décharge et (re)charge d'un générateur électrochimique95
  - 5.2.3 - Piles, piles à combustible et accumulateurs96
  - Énoncés des exercices 97
  - Exercice 5.1 - Détermination de l'enthalpie libre standard de formation de AgCl97
  - Exercice 5.2 - Mesures de grandeurs thermodynamiques de fluorures métalliques97
  - Exercice 5.3 - Mesure de l'activité des ions O^2- dans un sel fondu98
  - Exercice 5.4 - Calcul de constantes d'équilibres de formation de défauts dans Cu₂O100
  - Exercice 5.5 - TiS₂ matériau d'insertion101
  - Exercice 5.6 - Capteur à chlore à base de chlorure de strontium dopé102
  - Exercice 5.7 - Capteur à CO₂ (a)105
  - Exercice 5.8 - Capteur à CO₂ (b)106
  - Exercice 5.9 - Capteur à oxydes de soufre107
  - Exercice 5.10 - Capteur semi-conducteur à oxygène109
  - Exercice 5.11 - Capteur ampérométrique à oxygène110
  - Exercice 5.12 - Capteur coulométrique à oxygène111
  - Exercice 5.13 - Capteur à oxydes d'azote112
  - Exercice 5.14 - L'accumulateur Sodium/Soufre115
  - Exercice 5.15 - Généralités sur les piles à combustible117
  - Exercice 5.16 - Pile à combustible type SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)117
  - Exercice 5.17 - Utilisation d'hydrocarbures dans les SOFC119
  - Exercice 5.18 - Etude thermodynamique du reformage du méthane dans les SOFC120
  - Exercice 5.19 - Intégrateur électrochimique121
  - Seconde partie
    Corrigés des exercices
  - Chapitre 1 - Description du cristal ionique125
  - Exercice 1.1 - Ecriture d'éléments et de défauts de structure125
  - Exercice 1.2 - Ecriture de réactions de dopage126
  - Exercice 1.3 - Sitoneutralité et écriture de formule chimique129
  - Exercice 1.4 - Calcul de concentration de défauts130
  - Exercice 1.5 - Dopage du fluorure de strontium130
  - Exercice 1.6 - Evolution de la concentration en défauts de structure dans le dioxyde de zirconium ZrO₂ pur en fonction de la pression partielle d'oxygène132
  - Exercice 1.7 - La non-stoechiométrie du monoxyde de fer132
  - Exercice 1.8 - Ecart à la stoechiométrie du fluorure de baryum BaF₂134
  - Exercice 1.9 - Etude cristallochimique et thermodynamique du dioxyde de thorium ThO₂136
  - Chapitre 2 - Méthodes et techniques143
  - Exercice 2.1 - Détermination de la conductivité par la méthode des 4 électrodes143
  - Exercice 2.2 - Mesure de grandeurs électriques par spectroscopie d'impédance complexe145
  - Exercice 2.3 - Mesure de la conductivité électronique dans un conducteur mixte148
  - Exercice 2.4 - Mesure de la conductivité ionique dans un conducteur mixte151
  - Exercice 2.5 - Détermination du nombre de transport cationique par dilatocoulométrie153
  - Exercice 2.6 - Détermination du nombre de transport cationique dans CaF₂ par dilatocoulométrie155
  - Exercice 2.7 - Semi-perméabilité électrochimique157
  - Exercice 2.8 - Détermination du nombre de transport par semi-perméabilité électrochimique158
  - Exercice 2.9 - Détermination du mode de conduction dans alpha-AgI par la méthode de Tubandt160
  - Chapitre 3 - Transport dans les solides ioniques161
  - Exercice 3.1 - Influence du facteur géométrique161
  - Exercice 3.2 - Etude de la mobilité de l'oxygène dans les solutions solides (ThO₂)_1-x(YO_1,5)_x162
  - Exercice 3.3 - Etude de la conductivité électronique dans la solution solide (CeO₂)_1-x(CaO)_x163
  - Exercice 3.4 - Nombre de transport électronique dans un verre165
  - Exercice 3.5 - Propriétés électriques du chlorure de potassium KCl167
  - Exercice 3.6 - Application de la relation de Nernst-Einstein au LiCF₃SO₃171
  - Exercice 3.7 - Variation de la conductivité électronique avec la composition dans le système (CeO₂)1-x(YO_1,5)_x173
  - Exercice 3.8 - Conductivité de l'oxyde de nickel174
  - Exercice 3.9 - Relation conductivité ionique-activité de l'oxyde modificateur dans les verres à base d'oxydes176
  - Exercice 3.10 - Coloration électrochimique177
  - Exercice 3.11 - Diffusion de l'oxygène dans la cérine gadoliniée181
  - Exercice 3.12 - Conductivité électrique de la solution solide vitreuse (SiO₂)_1-x(Na₂O)_x183
  - Exercice 3.13 - SrZrO₃ conducteur protonique à haute température184
  - Exercice 3.14 - Modèle du volume libre188
  - Exercice 3.15 - Etude du fluorure de calcium CaF₂ monocristallin en présence d'oxygène191
  - Exercice 3.16 - Fem d'une membrane traversée par un flux de semi-perméabilité électrochimique193
  - Exercice 3.17 - Détermination de la conductivité électronique par semi-perméabilité électrochimique195
  - Chapitre 4 - Réactions d'électrode197
  - Exercice 4.1 - Electrode à diffusion d'oxygène limitante197
  - Exercice 4.2 - Etude d'une réaction d'électrode à oxygène200
  - Exercice 4.3 - Surtension dans une pompe électrochimique à oxygène202
  - Exercice 4.4 - Détermination d'un courant d'échange205
  - Exercice 4.5 - Réduction de la vapeur d'eau à l'interface M/YSZ avec M = Pt, Ni206
  - Exercice 4.6 - Oxydation de l'hydrogène à l'interface Ni/YSZ208
  - Chapitre 5 - Applications211
  - Exercice 5.1 - Détermination de l'enthalpie libre standard de formation de AgC1211
  - Exercice 5.2 - Mesures de grandeurs thermodynamiques de fluorures métalliques212
  - Exercice 5.3 - Mesure de l'activité des ions O^2- dans un sel fondu213
  - Exercice 5.4 - Calcul de constantes d'équilibres de formation de défauts dans Cu₂O216
  - Exercice 5.5 - TiS₂ : matériau d'insertion218
  - Exercice 5.6 - Capteur à chlore à base de chlorure de strontium dopé220
  - Exercice 5.7 - Capteur à CO₂ (a)226
  - Exercice 5.8 - Capteur à CO₂ (b)229
  - Exercice 5.9 - Capteur à oxydes de soufre231
  - Exercice 5.10 - Capteur semi-conducteur à oxygène234
  - Exercice 5.11 - Capteur ampérométrique à oxygène237
  - Exercice 5.12 - Capteur coulométrique à oxygène240
  - Exercice 5.13 - Capteur à oxydes d'azote241
  - Exercice 5.14 - L'accumulateur sodium/soufre245
  - Exercice 5.15 - Généralités sur les piles à combustible248
  - Exercice 5.16 - Pile à combustible type SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)250
  - Exercice 5.17 - Utilisation d'hydrocarbures dans les SOFC252
  - Exercice 5.18 - Etude thermodynamique du reformage du méthane dans les SOFC256
  - Exercice 5.19 - Intégrateur électrochimique259
  - Annexes261
  - A.1 - Lois de Fick261
  - A.2 - Diagramme d'Ellingham 1261
  - A.3 - Diagramme d'Ellingham 2265
  - Bibliographie269
  - Glossaire271
  - Index281
Origine de la notice:
- FR-751131015