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DOBLE CAPA ELECTRICA

Unidad 4

ELECTRICA

LA INTERFASE ELECTRIFICADA

22Doble Capa Eléctrica

Produce una DIFERENCIA DE POTENCIAL en la interfase de separación que depende de la

Aparece tambiénen la superficiede separación dedos metales

El contacto entre un metal y un electrolito

separación que depende de la naturaleza y composición de las dos fasesEntre dos

disoluciones de electrolitos inmiscibles Entre membranas

semipermeables que separan soluciones de distinta concentración

En la superficie entre una sal sólida y una disolución

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Se debe a una doble capaeléctrica.Una fase adquiere cargapositiva y la otra una carganegativa

Fenómenos

La diferencia de potencial

Propiedades debidas a la DOBLE CAPA ELÉCTRICA

Fenómenos electrocinéticos

Procesos que ocurren en las membranas de las células vivas

Floculación de coloides hidrófobos

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LA INTERFASE ELECTRIFICADA

A schematic representation of the random orientation of

water dipoles in the interior of the electrolyte (the network

structure of water is ignored in the diagram).

55Electroneutralidad en el interior de un electrolito

A schematic representation of electroneutrality in the int erior of anelectrolyte.(a) A lamina in the bulk of the electrolyte. (b) An exploded view ofthe lamina showing that it contains an equal amount of positi ve andnegative charge and therefore has a zero net charge.

66Interfase

A schematic diagram to illustrate that, in the interphase re gion (indicated byshading), there generally is net dipole orientation and net , or excess, chargedensity.

77The Charging of the solution side on interface

A schematic representation of the charging of the solution s ide of an interface.(a)Shading indicates excess-charge density in the interphase region.(b) Anexploded view shows that the positive charge in a lamina in th e interphaseexceeds the negative charge and there is a net, or excess, pos itive-chargedensity in the lamina.

88La Interfase Electrificada

The electrified interface. The excess-charge density q S on the solution side ofthe interface is equal and opposite to that on the metal q M.

99La capa de moléculas de agua orientadas sobre un electrodo cargado.

The layer of oriented water molecules on a charged electrode. Due to excessnegative charge on the electrode, there is an excess of water dipoles with theirpositive, hydrogen ends (the arrowheads) pointing toward the metal. For clarity,the structure of the rest of the solution is not drawn.

1010Una capa de iones solvatados sobre la capa de la primera columna de agua

A layer of solvated ions on the layer of first row water. The locus ofcenters of these solvated ions defines the OHP.

1111DOBLE CAPA

(a) A double layer, a simple hypothetical type of electrified interface in which alayer of ions on the OHP constitutes the entire excess charge qS in the solution.The salvation sheaths of these ions and the first row of water molecules on theelectrode are not shown in the diagram. (b) The electrical equivalent of such adouble layer is a parallel-plate condenser.

1212Variación lineal de potencial de la doble capa

The linear variation of potential corresponding to the double layer.

1313Atmósfera iónica

A situation where the excess-charge density on the OHP is smaller inmagnitude than the charge on the metal, qS = qM ⟩⟩⟩⟩ qSOHP. Theremaining charge is distributed in the solution. The salvation sheaths ofthe ions and the water molecules are not shown in the diagram.

1414Variación de potencial a partir de la atmósfera iónica

The variation of potential corresponding to the ionic atmosphere

1515Adsorción por contacto

The process of contact adsorption in which ions from the OHP displace

first-row water molecules and adsorb in contact with the electrode.

1616

Negative ions may contact-adsorb on a negatively charged electrode.

1717

Modelos propuestos para la Estructura de la Doble Capa Eléct rica ( DCE).

1. Helmholtz. La diferencia de potencial se establece entre dos capas de cargaseléctricas de signos opuestos. En el caso de una interfaz metal/electrolito , unacapa de cargas estará sobre el metal, en el caso de que el electrodo estécargado negativamente con respecto a la solución, entonces del lado de lasolución de la interfaz hay una capa de iones positivamente cargados. Talsistema es similar a un condensador de placas paralelas. Mediciones decapacitancia de la DCE y su dependencia de la concentración del electrolito,capacitancia de la DCE y su dependencia de la concentración del electrolito,demostraron que este modelo era inadecuado.

2. Gouy y Chapman sugirieron que la estructura de la DCE no es rígida como lopropuso Helmholtz, sino difusa debido a la agitación térmica de los iones ensolución y a las fuerzas eléctricas entre estos iones.

1818

4. Graham propuso lo que ahora se considera el moderno esquema cualitativo dela DCE en una interfaz metal/solución:

a) La fase metálica tiene una carga eléctrica neta debida a un exceso o a un déficitde electrones.

b) La carga está confinada a una capa tan delgada en la superficie del metal quepuede considerarse bidimensional.

c) La capa de helmholtz sobre el lado de la solución de la interfase contienec) La capa de helmholtz sobre el lado de la solución de la interfase contienemoléculas de disolvente y algunas veces otras moléculas neutras adsorbidassobre el metal.

d) Si estas moléculas presentan dipolos (ej. agua), éstos estarán orientados deacuerdo a la carga del metal.

1919

e) Hay además algunos iones( usualmente una monocapa de aniones) adsorbidassobre la superficie del metal. Las fuerzas involucradas en esta adsorción no sonclaras, sin embargo, antes de que el anión se adsorba debe perder (parcial ototalmente) sus moléculas de solvatación. A estos aniones se les llama ionesespecíficamente adsorbidos y el plano que pasa a través de estos iones se lellama plano interno de Helmholtz (IHP).

f) Lejos del electrodo hay una capa de iones solvatados, éstos son iones no-específicamente adsorbidos. El plano a través de los centros de losiones masespecíficamente adsorbidos. El plano a través de los centros de losiones mascercanos al electrodo se llama plano externo de Helmholtz (OHP), el cual marcala frontera de la capa de Helmholtz y el inicio de la capa difusa la cual contieneotros iones no específicamente adsorbidos.

2020Estructura de la interfase electrificada

A schematic representation of the structure of an electrified interface. The small,positive ions tend to be solvated, while the larger, negative ions are usuallyunsolvated.

2121Representación Esquemática de la Doble Capa Eléctrica

-

-

Cationes solvatados

Plano Interno de Helmholtz

Plano Externo de Helmholtz

Plano delMetal

-

-

-

Capa de agua secundaria

Aniones específicamente adsorbidos

Capa de agua primaria

Estructura normal del agua

2222

Doble Capa Eléctrica ó

Interfase Electrificada

Presenta un grosor

entre 10 y 100 Aͦ

Existen también gradientesde concentración grandes,puesto que los reactivos se

Existen campos eléctricosmuy grandes que a menudoexceden los 107 voltios/cm

La estructura de esta regióndifiere significativamente de laque prevalece en el seno de lasolución

puesto que los reactivos sehan agotado por la reacciónde electrodo

exceden los 107 voltios/cm