The course provides a systematic introduction to electrochemistry as a tool for studying redox processes at the electrode–solution interface. The first part covers the fundamental thermodynamic, kinetic, and mass-transport aspects of electrode reactions, including the structure of the electrical double layer, mass transfer, and electron-transfer kinetics. Emphasis is placed on quantitative relationships between potential, current, concentration, and time, and on distinguishing thermodynamic, kinetic, and mass-transport control of electrochemical processes. The second part introduces the main electrochemical and electroanalytical methods, their experimental implementation, and their applications in reaction-mechanism studies as well as in analytical and preparative chemistry. Particular attention is devoted to cyclic voltammetry and its use in studying the reversibility of electrode reactions and coupled chemical processes. The course includes both qualitative and quantitative evaluation of electrochemical data and interpretation of the resulting curves.

Kurz poskytuje systematický úvod do elektrochemie jako nástroje pro studium redoxních procesů na rozhraní elektroda–roztok. V první části jsou probírány základní termodynamické, kinetické a transportní principy elektrodových reakcí, včetně struktury elektrické dvojvrstvy, látkového přenosu a kinetiky přenosu elektronu. Důraz je kladen na kvantitativní vztahy mezi potenciálem, proudem, koncentrací a časem a na rozlišení termodynamického, kinetického a transportního řízení elektrochemických dějů. Ve druhé části kurz představuje hlavní elektrochemické a elektroanalytické metody, jejich experimentální uspořádání, principy a možnosti využití při studiu reakčních mechanismů a při analytických a preparativních aplikacích. Zvláštní pozornost je věnována cyklické voltametrii a jejímu využití pro studium reversibility elektrodových reakcí a spřažených chemických procesů. Součástí kurzu je kvalitativní i kvantitativní vyhodnocení elektrochemických dat a interpretace získaných křivek.

• Course credit: successful completion and submission of two written take-home problem sets.

• Oral examination.

• Zápočet: splnění dvou písemných domácích sad úloh

• Ústní zkouška

Obligatory:

• Ludvík, Jiří. Elektrochemie pro chemiky, základy molekulární elektrochemie. : , , 145 stran s. ISBN 978-80-7592-309-7.
• Bard, Allen J.; Faulkner, Larry R.; White, Henry S.. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. : Wiley, 2022, s. ISBN 978-1-119-33406-4.
• Compton, Richard G.; Banks, Craig I.. Understanding Voltammetry. : World Scientific Publishing Europe, 2025, s. ISBN 978-1-80061-597-7.
• Wang, Joseph. Analytical electrochemistry. : , 2023, xiii, 220 stran s. ISBN 978-1-119-78769-3.

Recommended:

• Fuller, Thomas Francis, Harb, John Naim. Electrochemical engineering. : John Wiley And Sons Ltd, 2018, https://vufind.techlib.cz/Record/001867647 s. ISBN 978-1-119-00425-7.
• Browne, Wesley. Electrochemistry. : , , xiv, 132 stran s. ISBN 978-0-19-879090-7.

Povinná:

• Ludvík, Jiří. Elektrochemie pro chemiky, základy molekulární elektrochemie. : , , 145 stran s. ISBN 978-80-7592-309-7.
• Bard, Allen J.; Faulkner, Larry R.; White, Henry S.. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. : Wiley, 2022, s. ISBN 978-1-119-33406-4.
• Compton, Richard G.; Banks, Craig I.. Understanding Voltammetry. : World Scientific Publishing Europe, 2025, s. ISBN 978-1-80061-597-7.
• Wang, Joseph. Analytical electrochemistry. : , , xiii, 220 stran s. ISBN 978-1-119-78769-3.

Doporučená:

• Fuller, Thomas Francis, Harb, John Naim. Electrochemical engineering. : , , xv, 417 stran s. ISBN 978-1-119-00425-7.
• Browne, Wesley. Electrochemistry. : , , xiv, 132 stran s. ISBN 978-0-19-879090-7.

Combination of lectures and calculation-based seminars focused on the application of electrochemical relationships and interpretation of electrochemical data.

Kombinace přednášek a výpočetních seminářů zaměřených na aplikaci probíraných vztahů a interpretaci elektrochemických dat.

1. General overview of electrode processes and basic concepts. Electrode–solution interface.

2. Electrode potential, charging current, and thermodynamics of electrochemical processes. Faradaic and non-faradaic processes.

3. Mass-transfer-controlled reactions: steady-state electrochemistry.

4. Mass-transfer-controlled reactions: transient electrochemistry and the Cottrell equation.

5. Electron-transfer kinetics: Marcus theory and reorganization energy.

6. Heterogeneous electrode kinetics: Butler–Volmer and Tafel equations.

7. Fundamental electrochemical relationships and classification of electrochemical methods.

8. Electrochemical cell, electrodes, solvents, and supporting electrolytes.

9. Steady-state electroanalytical methods: polarography, pulse techniques, ultramicroelectrodes, and rotating disk electrodes.

10. Transient electroanalytical methods: linear sweep voltammetry and cyclic voltammetry.

11. Electrode processes coupled with homogeneous chemical reactions.

12. Methods based on bulk electrolysis: preparative electrolysis and coulometry.

13. Spectroelectrochemistry: UV–Vis/NIR, IR, and EPR.

1. Obecný přehled procesů na elektrodě, základní pojmy. Rozhraní elektroda–roztok.

2. Elektrodový potenciál, nabíjecí proud a termodynamika elektrochemických dějů. Faradaické a nefaradaické děje.

3. Reakce řízené látkovým přenosem: elektrochemie v ustáleném stavu.

4. Reakce řízené látkovým přenosem: elektrochemie v přechodovém stavu, Cottrellova rovnice.

5. Kinetika přenosu elektronu: Marcusova teorie a reorganizační energie.

6. Heterogenní elektrodová kinetika: Butlerova–Volmerova a Tafelova rovnice.

7. Základní elektrochemické vztahy a klasifikace elektrochemických metod.

8. Elektrochemická cela, elektrody, rozpouštědla a podpůrné elektrolyty.

9. Elektroanalytické metody v ustáleném stavu: polarografie, pulzní techniky, ultramikroelektrody a rotující disková elektroda.

10. Elektroanalytické metody v přechodovém stavu: lineární skenovací voltametrie a cyklická voltametrie.

11. Elektrodové děje spřažené s homogenními chemickými reakcemi.

12. Metody založené na elektrolýze objemu roztoku: preparativní elektrolýza a coulometrie.

13. Spektroelektrochemie: UV–Vis/NIR, IR a EPR.

Ludvík J. Elektrochemie pro chemiky aneb Základy molekulární elektrochemie. VŠCHT Praha, 2026. ISBN 978-80-7592-309-7.

Ludvík J. Elektrochemie pro chemiky aneb Základy molekulární elektrochemie. VŠCHT Praha, 2026. ISBN 978-80-7592-309-7.

Upon successful completion of the course, students will be able to:

• explain the fundamental thermodynamic, kinetic, and mass-transport principles of electrochemical processes;

• apply basic electrochemical relationships and perform related quantitative calculations;

• describe and compare the principal electrochemical and electroanalytical methods and select an appropriate method for a given problem;

• design a basic electrochemical experiment and select suitable experimental conditions;

• evaluate and interpret basic electrochemical data, in particular voltammetric curves;

• understand scientific literature employing electrochemical methods and critically assess the electrochemical data presented and the conclusions drawn from them.

Studenti budou umět:

• vysvětlit základní termodynamické, kinetické a transportní principy elektrochemických dějů;

• používat základní elektrochemické vztahy a provádět související kvantitativní výpočty;

• popsat a porovnat hlavní elektrochemické a elektroanalytické metody a zvolit vhodnou metodu pro řešení daného problému;

• navrhnout základní elektrochemický experiment a zvolit vhodné experimentální podmínky;

• vyhodnotit a interpretovat základní elektrochemická data, zejména voltametrické křivky;

• porozumět odborné literatuře využívající elektrochemické metody a kriticky posoudit prezentovaná elektrochemická data a závěry z nich vyvozované.

Basic knowledge of physical chemistry, particularly chemical thermodynamics, chemical kinetics, and transport processes, at the level of the course Physical Chemistry I (B403003).

Základní znalosti fyzikální chemie, zejména chemické termodynamiky, chemické kinetiky a transportních dějů, v rozsahu předmětu Fyzikální chemie I (B403003).