Fenómenos electrocapilares

Si la superficie del electrolito está cargada, la tensión superficial en su superficie depende no solo de la composición química de las fases vecinas, sino también de sus propiedades eléctricas. Estas propiedades son la densidad de carga superficial y la diferencia de potencial en la interfase.

Densidad de carga superficial

La dependencia (e) de la tensión superficial de la diferencia de potencial para este fenómeno se describe mediante una curva electrocapilar. Y los mismos fenómenos superficiales donde se observa esta dependencia se denominan fenómenos electrocapilares.

Permita que el potencial del electrodo cambie de alguna manera en la interfaz electrodo-electrolito. En este caso, hay iones en la superficie del metal que forman una carga superficial y provocan la presencia de una doble capa eléctrica, aunque aquí no hay EMF externo en absoluto.

Los iones con carga similar se repelen entre sí a través de la superficie de la interfase, compensando así las fuerzas contráctiles de las moléculas líquidas. Como resultado, la tensión superficial se vuelve más baja que en ausencia de un exceso de potencial en el electrodo.

Si se aplica al electrodo una carga de signo contrario, la tensión superficial aumentará porque las fuerzas de repulsión mutua de los iones disminuirán.

En el caso de compensación absoluta de las fuerzas atractivas por las fuerzas electrostáticas de los iones repulsivos, la tensión superficial alcanza un máximo. Si continuamos suministrando la carga, la tensión superficial disminuirá a medida que surja y crezca una nueva carga superficial.

En algunos casos, la importancia de los fenómenos electrocapilares es muy grande. Permiten cambiar la tensión superficial de líquidos y sólidos, así como influir en procesos químicos coloidales como la adhesión, la humectación y la dispersión.

Volvamos nuestra atención nuevamente al lado cualitativo de esta dependencia. Termodinámicamente, la tensión superficial se define como el trabajo del proceso isotérmico de formación de una unidad de superficie.

Tensión superficial

Cuando hay cargas eléctricas del mismo nombre sobre una superficie, se repelerán electrostáticamente entre sí. Las fuerzas de repulsión electrostática se dirigirán tangencialmente a la superficie, intentando de todos modos aumentar su área. Como resultado, el trabajo para estirar la superficie cargada será menor que el trabajo que se requeriría para estirar una superficie similar pero eléctricamente neutra.

Curva electrocapilar para mercurio en soluciones acuosas de electrolitos a temperatura ambiente

Como ejemplo, tomemos la curva electrocapilar del mercurio en soluciones acuosas de electrolitos a temperatura ambiente.

En el punto de máxima tensión superficial la carga es cero. La superficie de mercurio es eléctricamente neutra en estas condiciones.Por lo tanto, el potencial en el que la tensión superficial del electrodo es máxima es el potencial de carga cero (ZCP).

La magnitud del potencial de carga cero está relacionada con la naturaleza del electrolito líquido y la composición química de la solución. El lado izquierdo de la curva electrocapilar, donde el potencial superficial es menor que el potencial de carga cero, se denomina rama anódica. El lado derecho es la rama del cátodo.

Cabe señalar que cambios muy pequeños en el potencial (del orden de 0,1 V) pueden producir cambios notables en la tensión superficial (del orden de 10 mJ por metro cuadrado).

La dependencia de la tensión superficial del potencial se describe mediante la ecuación de Lippmann:

La dependencia de la tensión superficial del potencial se describe mediante la ecuación de Lippmann

Los fenómenos electrocapilares encuentran una aplicación práctica en la aplicación de varios recubrimientos sobre metales: permiten regular la humectación de metales sólidos con líquidos. La ecuación de Lippmann permite calcular la carga superficial y la capacitancia de la doble capa eléctrica.

Con la ayuda de fenómenos electrocapilares, se determina la actividad superficial de los tensioactivos, ya que sus iones tienen una adsorción específica. En metales fundidos (zinc, aluminio, cadmio, galio) se determina su capacidad de adsorción.

La teoría electrocapilar explica los máximos en polarografía. La dependencia de la humectabilidad, dureza y coeficiente de fricción del electrodo de su potencial también se refiere a fenómenos electrocapilares.

Te recomendamos leer:

¿Por qué es peligrosa la corriente eléctrica?