Simulacion de experimetos electroquimicos

El sistema que vamos a estudiar en esta práctica es una transferencia de carga simple, lo vamos a perturbar aplicándole un potencial constante y vamos a ver los resultados que obtenemos.

ANÁLISIS
SISTEMA
Perturbación Respuesta

Información: - Analítica
* Química-física-Analítica: relaciona una señal con la concentración (no se necesita saber cómo funciona el sistema)
-Química-física: compara la respuesta experimental con una respuesta teórica. Se necesita el modelo del sistema. A partir del modelo podemos conocer propiedades del sistema, como la constante de velocidad, las constantes de equilibrio, los mecanismos, etc.

Se aplica una diferencia de potencial, entre doselectrodos: el de trabajo y el secundario o contraelectrodo. El electrodo con el que trabajamos es plano. Debido a la fase heterogénea, además de la reacción redox, en el electrodo de trabajo, se va a producir un gradiente por la diferencia de concentración de las especies, lo que producirá flujos de materia acoplados a la transferencia de carga.

La reacción que vamos a estudiar es lasiguiente:

O + ne- R

Puede ocurrir que la reacción transcurra de modo reversible o irreversible:

1. Si el proceso de transferencia de carga es reversible: la respuesta intensidad – tiempo asociada a este proceso vendrá dada por la siguiente expresión:



Siendo:

2. Si el proceso de transferencia de carga es irreversible: la respuestaintensidad-tiempo-potencial asociada a la aplicación de un potencial constante vendrá dad por la siguiente expresión:

con:
Siendo:
k0: constante de velocidad del proceso de transferencia de carga.
α: coeficiente de transferencia de carga.
erf(x): función de error.

Tanto si la transferencia de carga ocurre por vía reversible como irreversible, las expresiones se van a simplificar cuando el potencialsea muy negativo. A esta situación se le denomina corriente límite catódica.

Las expresiones quedarán, en ambos casos, para E -∞ :

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

TRANSFERENCIA DE CARGA REVERSIBLE:
Utilizamos el programa “Electrovisión” para la práctica. Con este programa podemos estudiar diferentes mecanismos de reacción, así como el efecto sobre la respuesta de la geometría del electrodo(que en nuestro caso es plano) y de los efectos cinéticos de la transferencia de carga heterogénea u homogénea.

Este programa esta diseñado para realizar simulaciones numéricas de experimentos llevados a cabo con diferentes técnicas electroquímicas de potencial o corriente controlada, por tanto es útil para nuestra práctica ya que vamos a trabajar a potencial controlado (constante).

Vamos asuponer que la transferencia de carga es rápida, es decir, reversible, por lo que la relación del potencial con la concentraciones de las especies viene dada por la ecuación de Nernst:

En esta práctica vamos a realizar una cronoamperometría (a E = cte I = I(t,E) ).

Se aplican potenciales adimensionales:

En el intervalo de (–7, 5) variando este valor de en 0,5.
Como vamos a trabajar convalores adimensionales vamos a relacionar potencial () con el tiempo () y con la intensidad (Φ) según las siguientes expresiones:



: duración del experimento

Tras realizar el experimento y recogiendo solamente el 25% de los datos representamos: corriente-potencial-tiempo adimensionales obteniendo así una superficie tridimensional de la siguiente forma:

Si observamos la imagenanterior podemos afirmar que todas las variables influyen sobre las demás, conforme aumenta el potencial la intensidad de corriente va disminuyendo y conforme aumenta el tiempo la intensidad de corriente también disminuye. Además, a medida que avanza el tiempo, el potencial disminuye, al sistema le cuesta más avanzar.

Represente la curva intensidad-potencial (Φ – η) correspondiente a Ω=0.5:...