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ECUACIONES DE LAS CURVAS INTENSIDAD-POTENCIAL TRATAMIENTO CUANTITATIVO DE LAS REACCIONES ELECTROQUÍMICAS

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Page 1: ECUACIONES DE LAS CURVAS INTENSIDAD-POTENCIAL TRATAMIENTO CUANTITATIVO DE LAS REACCIONES ELECTROQUÍMICAS

ECUACIONES DE LAS CURVAS INTENSIDAD-POTENCIAL

TRATAMIENTO CUANTITATIVO DE LAS REACCIONES ELECTROQUÍMICAS

Page 2: ECUACIONES DE LAS CURVAS INTENSIDAD-POTENCIAL TRATAMIENTO CUANTITATIVO DE LAS REACCIONES ELECTROQUÍMICAS

Velocidad de la reacción de cambio de electrones

SISTEMA: ox + e red

Dos fenómenos intervienen en el curso de esta reacción:

1. El cambio de electrones es efectuado a una velocidad determinada que depende del potencial del electrodo.

2. Las sustancias electrolizadas llegan por difusión al electrodo con cierta velocidad, dando como resultado un estado de régimen.

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Velocidad de la reacción de cambio de electrones

En la superficie del electrodo, ésta se puede expresar en moléculas de sustancia transformadas por unidad de tiempo y unidad de superficie.

Si el proceso en el electrodo es de primer orden, esta velocidad es proporcional a la concentración; así:

Velocidad de reducción v1 = k1 │Ox│elec

Velocidad de oxidación v2 = k2 │Red│elec

donde k1 y k2 son respectivamente las constantes de velocidad de reducción y de oxidación; │Ox│elec y │Red│elec son las concentraciones en la superficie del electrodo.

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Velocidad de la reacción de cambio de electrones

Estas constantes de velocidad pueden ser expresadas en función de la diferencia (E – E0) entre el potencial E del electrodo y el potencial normal E0 del sistema redox considerado:

)E(ERT

nF

ekk0

02

)E(ERT

nF

ekk0

01

Donde y son los llamados coeficientes de transferencia + = 1

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Velocidad de la reacción de cambio de electrones

A estas velocidades corresponden densidades de corriente de reducción y de oxidación que son expresadas por el número de electrones cambiados por unidad de superficie del electrodo:

1nFvIcat elecat oxnFkI 1ele

oxkv 11

)(

01

0EERT

nF

ekk

)(

0

0EERT

nF

elecat ekoxnFI

00 nFkI )(

0

0EERT

nF

elecat eoxII

Page 6: ECUACIONES DE LAS CURVAS INTENSIDAD-POTENCIAL TRATAMIENTO CUANTITATIVO DE LAS REACCIONES ELECTROQUÍMICAS

Velocidad de la reacción de cambio de electrones

)(

0

0EERT

nF

elecat eoxII

)(

0

)(

02

00 EERT

nF

ele

EERT

nF

elean eredIekrednFnFvI

0catI

0anI

Page 7: ECUACIONES DE LAS CURVAS INTENSIDAD-POTENCIAL TRATAMIENTO CUANTITATIVO DE LAS REACCIONES ELECTROQUÍMICAS

Velocidad de la reacción de cambio de electrones

)( ancatancattot IISiii

La densidad de corriente total es la suma de la densidad de corriente de reducción y de la densidad de corriente de oxidación, y la intensidad de corriente total i es igual a este valor multiplicado por la superficie del electrodo.

.

)()(

0

00 EERT

nF

ele

EERT

nF

eletot eoxeredii

)(

0

0EERT

nF

elecat eoxII

)(

0

0EERT

nF

elean eredII

Page 8: ECUACIONES DE LAS CURVAS INTENSIDAD-POTENCIAL TRATAMIENTO CUANTITATIVO DE LAS REACCIONES ELECTROQUÍMICAS

Velocidad de la reacción de cambio de electrones

)()(

0

00 EERT

nF

ele

EERT

nF

eletot eoxeredii

00 nFSki valor absoluto de la intensidad de corriente en potencial normal E0 de oxidación, cuando |red |ele = 1 y |ox |ele = 0 ó también |red |ele = 0 y |ox |ele = 1; siendo esta cantidad proporcional a ko, la cual es la denominada velocidad intrinseca del sistema redox tratado

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Velocidad de la reacción de cambio de electrones

SISTEMAS RAPIDOS

ele

eleEE

RT

nF

red

oxe

)()(

0

Para tales sistemas la constante de velocidad y por consiguiente i0 es muy grande; i tiene un valor finito y los dos términos entre paréntesis son del mismo orden de magnitud, porque

0ii

es pequeña

por consiguiente al aplicar log a esta expresión nos queda:

ele

ele

red

ox

nF

RTEE log0

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Velocidad de la reacción de cambio de electrones

1 Como:

ele

ele

red

ox

nEE log

058.00 a 20 °C

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Velocidad de la reacción de cambio de electrones

SISTEMAS LENTOSLa constante de velocidad y por consiguiente i0 es muy pequeña. Con el fin de que i alcance un valor aceptable, uno de los términos entre paréntesis debe ser bastante grande, esto es, E bastante diferente de E0.

ó

i

ox

nF

RTi

nF

RTEE eleloglog 00

Si E << E0 )(

0

0EERT

nF

eleeoxii

donde i representa el valor absoluto de la intensidad

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Velocidad de la reacción de cambio de electrones

i

ox

nF

RTi

nF

RTEE eleloglog 00

i

ox

ni

nEE elelog

058.0log

058.000

a 20 °C

Page 13: ECUACIONES DE LAS CURVAS INTENSIDAD-POTENCIAL TRATAMIENTO CUANTITATIVO DE LAS REACCIONES ELECTROQUÍMICAS

)(

0

0EERT

nF

eleeredii

Si E >> E0

elered

i

ni

nEE log

058.0log

058.000

a 20 °C

Velocidad de la reacción de cambio de electrones