Doble capa

DOBLE CAPA

La tensión superficial de una interfase se han estudiado en base al efecto de la presión, temperatura y principalmente de su composición; sin embargo existe otras variables que afectan el comportamiento termodinámico de una interfase, como es el caso de que exista cargas libres por ejemplo iones, donde se introduciría un nuevo efecto que es la diferencia de potencial eléctrico [1].

Cuando la zona de la interfase existe especies cargadas y los dipolos orientados se conocen como doble capa electroquímica o doble capa eléctrica; en donde se define como la zona comprendida entre dos fases conductoras continuas que originan las diferencias de potencial.

La doble capa electroquímica permiten explicar el comportamiento cinético de los procesos del electrodo, pues la velocidad de reacción electródica varía con el potencial en la interfase y dependen del número de especies electroactivas presentes [2].

Para el estudio de la termodinámica de la doble capa electroquímica se basa en el modelo de Gibbs en el que la región interfacial se sustituye por una superficie divisoria (S) de volumen nulo:

[pic 1]

Figura 1 Modelo de Gibbs [1]

De esta forma el tratamiento de la interfase es exactamente el mismo que el empleado para deducir la isoterma de Gibbs por lo que, siguiendo los mismos pasos llegaríamos a la isoterma de adsorción de Gibbs para interfases electrizadas:

[pic 2]

                               (1)

Dondees la concentración superficial de exceso. El segundo sumatorio, sobre todas las especies cargadas, puede separarse en dos: uno para las cargas presentes en la fase α y otro para las de la fase β:[pic 3]

[pic 4]

(2)

Lo que aparece dentro de cada uno de los sumatorios es la densidad de carga superficial de exceso (carga por unidad de área):

[pic 5]

(3)

y teniendo en cuenta que se ha de preservar la electroneutralidad del sistema las dos densidades de cargas superficial de exceso, la de las fases α y β, deben de ser iguales y de signo contrario, la ecuación (2) queda:

[pic 6]

(4)

A partir de esta relación, si trabajamos en condiciones en que la caída de potencial en la interfase se mantiene constante, d(Δ)=0, recuperamos la isoterma de Gibbs tal como la conocimos en el estudio del efecto de la composición [1].[pic 7]

ESTRUCTURA DE LA INTERFASE

La descripción de la interfase entre un electrodo y una disolución puede ser muy laboriosa. Además de la complejidad propia de la superficie del electrodo se añade la presencia en la disolución de al menos tres especies distintas: el disolvente, los cationes y los aniones; sin embargo, muchas veces resulta conveniente disponer además de modelos simplificados que justifiquen el comportamiento macroscópico a un nivel mucho menor de complejidad por lo tanto se aborda el estudio de tres modelos simplificados de la interfase electrizada [3]:

[pic 8]

En el presente trabajo se centra en el modelo de Stern (1924) que es el conjunto de la capa de Helmholtz (capa compacta) con la capa de Gouy-Chapman (capa difusa). La repartición que se estable en esta región interfacial corresponde a la diferencia Δ entre los potenciales internos de las dos fases, y se representa sobre la Figura 2 [3].[pic 9]

[pic 10]

Figura 2 Distribución de la carga y variación del potencial eléctrico () en función de la distancia (x) a la superficie del electrodo. Modele de Stern: capa compacta + capa difusa. PH: Plano de Helmholtz. [3][pic 11]

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