Doble capa

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Doble Capa Eléctrica

5º Licenciatura Química

INTRODUCCIÓN TEÓRICA

La doble capa eléctrica describe la variación del potencial eléctrico próximo a una superficie. Se han descrito distintos modelos para la descripción de la doble capa eléctrica.

El modelo de Helmholtz (1879) fue el primer modelo que describió la doble capa eléctrica. Trato a la doble capa eléctricadesde un punto de vista matemático, como si se tratará de un condensador, basado en un modelo físico en el que una capa de iones es adsorbida a la superficie.
El modelo de Gouy-Chapman (1910) aporto modificaciones al introducir un modelo difuso de doble capa eléctrica, ligado a la agitación térmica. En este modelo el potencial superficial disminuye exponencialmente debido a la adsorción de loscontraiones presentes en la disolución.
El modelo de Goy-Chapman-Stern es el usado actualmente y se combina la capa adsorbida de Helmholtz con la doble capa difusa de Gouy-Chapman.

En esta experiencia se va a realizar un estudio termodinámico de la doble capa donde se tendrá una interfase Hg-disolución de KCl. Se obtendrá una curva electrocapilar, la cual nos dará la variación de la tensiónsuperficial con el potencial.

Para poder realizar esta representación se deben medir los tiempos de goteo con el potencial. Los tiempos de goteo permiten calcular la tensión superficial ya que la tensión superficial es proporcional al peso de la gota de mercurio. La expresión que se usa para calcular la tensión superficial, γ, es: m t g = 2 π r γ

El tiempo de goteo se determinaa una altura de mercurio constante por lo que a un potencial aplicado solo será el tiempo de goteo el que varía ya que la influencia del potencial sobre el flujo de mercurio es prácticamente nula.

Las curvas electrocapilares responden a la ecuación electrocapilar, a partir de la cual se puede obtener la ecuación de Lippmann que nos permite calcular la densidad de carga: qM=[pic]/[pic]E)µ , igualando esta expresión a cero se puede obtener el valor del potencial del máximo electrocapilar o potencial de carga nula.

Se calcula también el potencial en el plano externo de Helmholtz, ф2, que es el plano de máxima aproximación de los iones a la superficie del electrodo:
ф2 = 2 R T / z F senh-1 (qM / (8 R T ε c)1/2

Conocido el potencial en el plano externo deHelmholtz se puede calcular la carga catiónica en la capa difusa, qd+, y la carga aniónica en la capa difusa, qd-
qd+ = ( 2 R T ε c)1/2 ( e –zFΦ2/2RT – 1)
qd+ = ( 2 R T ε c)1/2 ( e –zFΦ2/2RT – 1)

No existe adsorción de K+ por lo que toda la carga positiva está en la capa difusa por lo que la densidad de carga de iones positivos en la doble capa es q+ = qd+. Conocida la carga delmetal, qM, se puede calcular la carga total de la disolución, qS, y con ella calcular la carga de iones negativos de la doble capa: -qM = qS = q+ + q-.

Otra magnitud que se puede calcular es el exceso superficial de los cationes (Γ+) y el exceso superficial de los aniones (Γ-), q+ = Z+ F Γ+ y q- = Z- F Γ-
Para calcular la adsorción de iones negativos, qAC, la carga de ionesnegativos q- es la suma de qAC y la carga difusa de los aniones: q- = qAC + qd-

Para el cálculo de la capacidad diferencial de la doble capa se usa la ecuación: Cd= (∂qM /∂E)μ

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

En esta práctica se van a calcular los valores para el potencial máximo electro capilar (también conocido como potencial de carga nula), la densidad de carga de unelectrodo de gotas de mercurio en una disolución de KCl a distintos potenciales de electrodo y el potencial del plano externo de Helmholtz a distintos potenciales de electrodo. También se calcularan la carga catiónica y aniónica de la capa difusa, los excesos superficiales catiónico y aniónico de la doble capa. Se obtendrá también la cantidad de iones cloruro adsorbida por contacto. Por último...
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