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電気化学におけるボルタ電位（ボルタ電位差、接触電位差、外部電位差、Δψ、または「デルタ psi」とも呼ばれる）は、接触して熱力学的平衡にある2 つの金属（または 1 つの金属と 1 つの電解質）間の静電電位差です。具体的には、最初の金属の表面に近い点と 2 番目の金属（または電解質）の表面に近い点の間の電位差です。[1]
ボルタ電位はアレッサンドロ・ボルタにちなんで名付けられました。
2つの金属間のボルタ電位
2 つの金属が電気的に分離されている場合、それらの間には任意の電位差が存在する可能性があります。ただし、2 つの異なる中性金属表面が電気的に接触すると (長い電気伝導ワイヤなどを介して間接的にでも)、フェルミ準位が高い金属からフェルミ準位が低い金属へ、2 つの相のフェルミ準位が等しくなるまで電子が流れます。これが起こると、金属は互いに熱力学的平衡状態になります (2 つの相間を通過する実際の電子の数は通常は少ないです)。ただし、フェルミ準位が等しいからといって、電位が等しいとは限りません。各材料の外側の電位はその仕事関数によって制御されるため、異なる金属は平衡状態でも電位差を示すことがあります。
ボルタ電位は、検討中の 2 つのバルク金属の固有の特性ではなく、金属表面間の仕事関数の差によって決まります。仕事関数と同様に、ボルタ電位は表面状態、汚染などに敏感に依存します。
ボルタ電位の測定（ケルビンプローブ）
ボルタ電位は（1ボルト程度）かなり大きくなる可能性がありますが、通常の電圧計では直接測定できません。電圧計は真空の静電ポテンシャルを測定するのではなく、2つの物質間のフェルミ準位の差を測定します。この差は平衡状態では正確にゼロです。
しかし、ボルタ電位は、2 つの金属物体の間および周囲の空間における実際の電界に対応し、その表面での電荷の蓄積によって生成される電界です。各物体の表面上の総電荷は、 2 つの物体間の静電容量に依存し、関係 によって決まります。ここで、 はボルタ電位です。したがって、電位の値は、材料間の静電容量を既知の量だけ変化させ (たとえば、物体を互いに遠ざける)、それらを接続するワイヤを流れる変位電荷を測定することによって測定できます。
金属と電解質の間のボルタ電位差も同様の方法で測定できます。[2]原子間力顕微鏡をベースにしたケルビンプローブフォース顕微鏡 を使用すると、金属表面のボルタ電位を非常に小さなスケールで測定できます。ミリメートルからセンチメートル単位の大きな領域では、数十から数百ミクロンのサイズのワイヤプローブを使用する走査型ケルビンプローブ(SKP) を使用できます。どちらの場合も、静電容量の変化は不明です。代わりに、ボルタ電位を打ち消すために補償 DC 電圧が追加され、静電容量の変化によって電流が誘導されません。この補償電圧は、ボルタ電位の負の値です。
参照
参考文献
- ^ IUPACゴールドブック、接触（ボルタ）電位差の定義。
- ^ VS Bagotsky、「電気化学の基礎」、Willey Interscience、2006年。