Instituto Politécnico NacionalESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA

QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

MATERIA: ELECTROQUIMICA Y CORROSIONPROFESOR: ROBERTO CASILLAS MUÑOZ

INTEGRANTES:GOMEZ RIVERA JUAN GERARDOLARA BRAVO AURA CE CITLALI

LOPEZ MARTINEZ ORLANDO ALANLOPEZ REYES MANELIK

LOPEZ OCHOA JOELTOMAS DIAZ JONATHAN WILBERT

ECUACION DE BUTLER VOLMER

El estudio de la cinética de reacciones de electrodo, implica aplicar conceptos básicos de cinética química. Sin embargo, dado que en este caso se tratan de reacciones que ocurren entre dos fases, aparecen algunas diferencias particulares que constituyen la base de la cinética heterogénea.

Es oportuno entonces revisar primero los conceptos relacionados con la cinética homogénea.

Revisión de Cinética HomogéneaSe parte del análisis de un equilibrio dinámico

CINETICA ELECTROQUIMICA

Donde se puede asociar para cada sentido de la reacción una constante de velocidad kf y kb según se trate de la reacción directa o la inversa respectivamente.

Es decir que se pueden plantear las correspondientes ecuaciones de velocidad

Donde k tiene unidades de seg-

1.Al considerar la velocidad neta

y en el estado de equilibrio se tendrá:

Si bien las velocidades en los dos sentidos se igualan, no se hacen nulas sino iguales a la velocidad de intercambio

REACCIONES DE ELECTRODOEn las reacciones que ocurren en fase heterogénea, esto es las que ocurren en la zona de unión de la fase líquida (solución) y una fase sólida (electrodo), las ecuaciones cinéticas deberán incluir los parámetros clásicos inherentes a las reacciones electroquímicas, es decir potencial eléctrico y corriente eléctrica. Esta última será una medida directa de la velocidad de la reacción.Analicemos el caso general del equilibrio químico para una especie en estado oxidado y reducido respectivamente

Al igual que en el caso de una reacción en solución, es posible plantear constantes de velocidad para ambos sentidos

Por otra parte se debe tener en cuenta de qué manera las concentraciones de estas especies definen el Potencial de equilibrio de la reacción. Estamos hablando por cierto de laEcuación de Nerst (asumiendo la igualdad entre actividad y concentración)

Las especies CO* y CR* se refieren a concentraciones en el seno de la solución.Es posible plantear las siguientes relaciones con las velocidades de reacción directa e inversa

Donde ic e ia se refieren a valores de corriente catódica y anódica respectivamente

De lo anterior se puede deducir que la corriente neta (es decir la velocidad neta) será

Lo que escrito en función de un parámetro medible como es la corriente resulta en

Unidades: ya que la velocidad tiene unidades de mol.seg-1.cm-2 la constante de velocidad se mide en cm/seg (Cuando la concentración se expresa en mol/cm) Concentración: los términos de concentración se refieren a aquella cercana a la superficie del electrodo, la que puede ser diferente a la del seno de la solución. Efecto del potencial: la cinética está influenciada por la diferencia de potencial interfacial ya que esta es la "fuerza impulsora" de la reacción. Esta relación está contemplada en la ecuación de Butler-Volmer 

ELECTROCATALISISDe igual manera que para reacciones químicas en fase homogénea, pueden emplearse diversos catalizadores para disminuir la energía de activación de la reacción, y así poder aumentar la velocidad de la misma; en reacciones heterogéneas del tipo de las que suceden en la interfaz electrodo-solución.En electro catálisis lo que se pretende es conseguir aumentar la corriente de intercambio, Io.Los catalizadores pueden estar adsorbidos sobre el electrodo o estar en solución.Existen muchas reacciones que son muy importantes en la tecnología electroquímica que son catalizadas por especies adsorbidas. Entre ellas se destacan la producción de hidrógeno, oxígeno y cloro.

DISEÑO DE ELECTRODOSELECTROCATALITICOS

Desde el punto de vista de su aplicación industrial los electrodos deben presentar no solo una óptima actividad catalítica para la reacción de interés, sino que también se requieren otras características adicionales como por ejemplo: Que presente baja actividad catalítica para reacciones que compitan con la principal que permita realizar distintos diseños con ese material Los metales nobles se caracterizan por su buena actividad catalítica para muchas reacciones electroquímicas, sin embargo, estos electrodos ampliamente utilizados en investigaciones de laboratorio son inviables desde el punto de vista económico para su uso a mayor escala. Por este motivo, se desarrollan continuamente materiales que presenten alta actividad catalítica aunque no tengan necesariamente comportamiento metálico. En este caso se requiere entonces de un diseño adecuado que permita incorporar esos materiales catalíticos a soportes adecuados que le confieran conducción, estabilidad mecánica, etc.Un desafío particular lo presentan electrodos que catalizan reacciones de gases, estos electrodos presentan alta porosidad y se emplean en importantes procesos electroquímicos.

En el diseño de electrodos electro catalíticos, se debe tener en cuenta, entre otros factores:  Material de electrodo: los metales, aleaciones, semiconductores y complejos exhiben propiedades catalíticas, sin embargo la mayoría de los catalizadores empleados industrialmente utilizan metales de transición (relacionado esto con los niveles d incompletos que presentan en su configuración  La energía libre de adsorción: dado que los procesos catalíticos implican una etapa de adsorción sobre el catalizador, la mayor o menor energía con que esto suceda condicionará el rendimiento final de la reacción.  Geometría de los centros catalíticos: cuando no se emplean metales masivos, se construyen materiales que presentan ciertos puntos donde ocurre la reacción de interés. En este caso es importante tener en cuenta el mecanismo de reacción puesto que requerirá que los centros catalíticos se encuentren distribuidos en una geometría adecuada.

Representa el modo de cómo varia la densidad de corriente en función de la diferencia ƞ entre la diferencia de potencial real

Pequeños cambios en ƞ producen grandes cambios en i.

Donde: 

   

Ko = (constante de velocidad estándar) .

= (coeficiente de transferencia) .

E-E0 = Sobre-potencial (n).

Para llegar a otra forma de representación más sencilla de esta ecuación, primeramente hay que desarrollar lo siguiente:

ECUACION BUTLER-VOLMER

GRÁFICA

GRÁFICA

GRACIAS

POR

SU

ATENCION