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DOBLE CAPA ELÉCTRICA

LA INTERFASE

ELECTRIFICADA

Unidad 4

2 Doble Capa Eléctrica

Produce una DIFERENCIA DE

POTENCIAL en la interfase de

separación que depende de la

naturaleza y composición de las dos

fases

Aparece también

en la superficie

de separación de

dos metales

Entre dos

disoluciones de

electrolitos

inmiscibles Entre membranas

semipermeables que separan

soluciones de distinta

concentración

En la superficie

entre una sal

sólida y una

disolución

El contacto entre un metal y un electrolito

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Se debe a una doble capa eléctrica. Una fase adquiere carga positiva y la otra una carga negativa

Propiedades debidas a la DOBLE

CAPA ELÉCTRICA

Fenómenos

electrocinéticos

Procesos que ocurren en las

membranas de las células

vivas

Floculación de coloides

hidrófobos

La diferencia de potencial

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Doble Capa Eléctrica ó

Interfase Electrificada

Presenta un grosor

entre 10 y 100 Aͦ

La estructura de esta región

difiere significativamente de la

que prevalece en el seno de la

solución

Existen también gradientes

de concentración grandes,

puesto que los reactivos se

han agotado por la reacción

de electrodo

Existen campos eléctricos

muy grandes que a menudo

exceden los 107 voltios/cm

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Modelos propuestos para la Estructura de la Doble

Capa Eléctrica ( DCE).

Helmholtz. La diferencia de potencial se establece entre dos

capas de cargas eléctricas de signos opuestos. En el caso de

una interface metal/electrolito , una capa de cargas estará

sobre el metal, y si el electrodo está cargado negativamente

con respecto a la solución, del lado de la solución de la

interfaz habrá una capa de iones positivamente cargados. Tal

sistema es similar a un condensador de placas paralelas. Sin

embargo, las mediciones de capacitancia de la DCE y su

dependencia de la concentración del electrolito, demostraron

que este modelo era inadecuado.

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Modelos propuestos para la Estructura de la Doble

Capa Eléctrica ( DCE).

Gouy y Chapman sugirieron que la estructura de la DCE no

es rígida como lo propuso Helmholtz, sino difusa debido a la

agitación térmica de los iones en solución y a las fuerzas

eléctricas entre estos iones.

Stern. La teoría de la DC difusa no explicó las capacitancias

de la DCE por lo que este investigador propuso que la DC es

una combinación de una capa rígida (en la cual las sustancias

se adsorben sobre el metal) y una capa difusa.

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Modelos propuestos para la Estructura de la Doble Capa

Eléctrica ( DCE).

Graham propuso lo que ahora se considera el moderno

esquema cualitativo de la DCE en una interfaz metal/solución:

a) La fase metálica tiene una carga eléctrica neta debida a un

exceso ó a un déficit de electrones.

b) La carga está confinada a una capa tan delgada en la

superficie del metal que puede considerarse bidimensional.

c) La capa de Helmholtz sobre el lado de la solución de la

interfase existen moléculas de disolvente y algunas veces

de otras moléculas neutras que están adsorbidas sobre el

metal.

d) Si estas moléculas presentan dipolos (ej.agua), éstos estarán

orientados de acuerdo a la carga del metal.

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e) Hay además algunos iones (usualmente una monocapa

de aniones) adsorbidas sobre la superficie del metal. Las

fuerzas involucradas en esta adsorción no son claras, sin

embargo, antes de que el anión se adsorba debe perder

(parcial o totalmente) sus moléculas de solvatación. A

estos aniones se les llama iones específicamente

adsorbidos y al plano que pasa a través de estos iones se

le llama plano interno de Helmholtz (IHP).

f) Lejos del electrodo hay una capa de iones solvatados,

éstos son iones no-específicamente adsorbidos. Al plano

que pasa a través de los centros de los iones más

cercanos al electrodo se le llama plano externo de

Helmholtz (OHP), el cual marca la frontera de la capa de

Helmholtz y el inicio de la capa difusa la cual contiene

otros iones no específicamente adsorbidos.

9 Representación Esquemática de la Doble Capa

Eléctrica

-

-

-

-

Capa de agua secundaria

Cationes solvatados

Aniones específicamente adsorbidos

Capa de agua primaria

Estructura normal del agua

Plano Interno de Helmholtz

Plano Externo de Helmholtz

Plano del

Metal

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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).

11 Electroneutralidad en el interior de un electrolito

A schematic representation of electroneutrality in the interior of an

electrolyte.(a) A lamina in the bulk of the electrolyte. (b) An exploded view of

the lamina showing that it contains an equal amount of positive and

negative charge and therefore has a zero net charge.

12 Interfase

A schematic diagram to illustrate that, in the interphase region (indicated by

shading), there generally is net dipole orientation and net, or excess, charge

density.

13 The Charging of the solution side on interface

A schematic representation of the charging of the solution side of an interface.(a)

Shading indicates excess-charge density in the interphase region.(b) An

exploded view shows that the positive charge in a lamina in the interphase

exceeds the negative charge and there is a net, or excess, positive-charge

density in the lamina.

14 La Interfase Electrificada

The electrified interface. The excess-charge density qS on the solution side of

the interface is equal and opposite to that on the metal qM.

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

The layer of oriented water molecules on a charged electrode. Due to excess

negative charge on the electrode, there is an excess of water dipoles with their

positive, hydrogen ends (the arrowheads) pointing toward the metal. For clarity,

the structure of the rest of the solution is not drawn.

16 Una 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 of

centers of these solvated ions defines the OHP.

17 DOBLE CAPA

(a) A double layer, a simple hypothetical type of electrified interface in which a

layer 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 the

electrode are not shown in the diagram. (b) The electrical equivalent of such a

double layer is a parallel-plate condenser.

18 Variación lineal de potencial de la doble capa

The linear variation of potential corresponding to the double layer.

19 Atmósfera iónica

A situation where the excess-charge density on the OHP is smaller in

magnitude than the charge on the metal, qS = qM qSOHP. The

remaining charge is distributed in the solution. The salvation sheaths of

the ions and the water molecules are not shown in the diagram.

20 Variación de potencial a partir de la atmósfera iónica

The variation of potential corresponding to the ionic atmosphere

21 Adsorción 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.

22

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

23 Estructura 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 usually

unsolvated.