El punto de carga cero (pzc) se describe generalmente como el pH en el que la carga neta de la superficie total de la partícula (es decir, la superficie del absorbente) es igual a cero, concepto que se ha introducido en los estudios relacionados con la floculación coloidal para explicar el pH que afecta al fenómeno. [1]
Un concepto relacionado en electroquímica es el potencial del electrodo en el punto de carga cero. Generalmente, el pzc en electroquímica es el valor del logaritmo decimal negativo de la actividad del ion determinante de potencial en el fluido a granel. [2] El pzc es de fundamental importancia en la ciencia de superficies. Por ejemplo, en el campo de las ciencias ambientales , determina la facilidad con la que un sustrato puede adsorber iones potencialmente dañinos. También tiene innumerables aplicaciones en tecnología de coloides , por ejemplo, flotación de minerales. Por lo tanto, el valor pzc se ha examinado en muchas aplicaciones de adsorción a la ciencia ambiental. [3] [4]El valor pzc se obtiene típicamente mediante valoraciones y se han desarrollado varios métodos de valoración . [5] [6] Los valores relacionados asociados con las características del suelo existen junto con el valor pzc, incluido el punto de carga cero (zpc), el punto de carga neta cero (pznc), etc. [7]
Término definición de punto de carga cero
El punto de carga cero es el pH para el que la carga superficial neta del adsorbente es igual a cero. Este concepto ha sido introducido por un aumento del interés en el pH de la solución durante la adsorción. [1] La razón por la que el pH ha atraído mucha atención es que la adsorción de algunas sustancias depende mucho del pH. El valor pzc está determinado por las características de un adsorbente. Por ejemplo, la carga superficial del adsorbente se describe mediante el ion que se encuentra en la superficie de la estructura de partículas (adsorbente) como una imagen. A un pH más bajo, los iones de hidrógeno (protones, H + ) se adsorberían más que otros cationes (adsorbato) de modo que los otros cationes se adsorberían menos en el caso de la partícula cargada negativamente. Por otro lado, si la superficie está cargada positivamente y el pH aumenta, los aniones se adsorberán menos a medida que aumentan los iones de hidróxido . Desde el punto de vista del adsorbente, si el pH está por debajo del valor pzc, la carga superficial del adsorbente sería positiva para que los aniones puedan adsorberse. Por el contrario, si el pH está por encima del valor pzc, la carga superficial sería negativa para que los cationes puedan ser adsorbidos.
Por ejemplo, la carga en la superficie de los cristales de yoduro de plata puede determinarse mediante la concentración de iones yoduro en la solución por encima de los cristales. Entonces, el valor pzc de la superficie AgI se describirá por la concentración de I - en la solución (o logaritmo decimal negativo de esta concentración, pI - ).
Relación de pzc con el punto isoeléctrico
El pzc es el mismo que el punto isoeléctrico (iep) si no hay adsorción de otros iones que el potencial que determina H + / OH - en la superficie. [8] Este suele ser el caso de los óxidos puros ("superficie prístina") en el agua. En presencia de adsorción específica, pzc y el punto isoeléctrico generalmente tienen valores diferentes.
Método de determinación experimental
El pzc se obtiene típicamente mediante valoraciones ácido-base de dispersiones coloidales mientras se controla la movilidad electroforética de las partículas y el pH de la suspensión. Se requieren varias valoraciones para distinguir pzc de iep, utilizando diferentes electrolitos (incluida la variación de la fuerza iónica del electrolito). Una vez que se obtienen gráficos satisfactorios (cantidad ácido / base — pH y pH — potencial zeta), el pzc se establece como el punto de intersección común (cip) de las líneas. Por lo tanto, a veces también se hace referencia a pzc como cip.
Abreviaturas relacionadas
Además de pzc, iep y cip, también hay muchos otros términos utilizados en la literatura, generalmente expresados como iniciales , con un significado idéntico o (confusamente) casi idéntico: punto de carga cero (zpc), punto de carga neta cero (pznc ), punto de carga neta de protones cero (pznpc), punto prístino de carga cero (ppzc), punto de efecto salino cero (pzse), punto cero de titulación (zpt) de la dispersión coloidal y punto isoeléctrico del sólido (ieps) [9] y punto de tensión superficial cero (pzst [10] o pzs [11] ).
Aplicación en electroquímica
En electroquímica, la interfaz electrodo-electrolito generalmente está cargada. Si el electrodo es polarizable , entonces su carga superficial depende del potencial del electrodo .
IUPAC define [2] el potencial en el punto de carga cero como el potencial de un electrodo (contra un electrodo de referencia definido) en el que una de las cargas definidas es cero.
El potencial de carga cero se utiliza para determinar el potencial absoluto del electrodo en un electrolito dado .
La IUPAC también define la diferencia de potencial con respecto al potencial de carga cero como:
- E pzc = E - E σ = 0
dónde:
- E pzc es la diferencia de potencial del electrodo con respecto al punto de carga cero, E σ = 0
- E es el potencial del mismo electrodo contra un electrodo de referencia definido en voltios
- E σ = 0 es el potencial del mismo electrodo cuando la carga superficial es cero, en ausencia de adsorción específica distinta a la del solvente, contra el electrodo de referencia como se usó anteriormente, en voltios
La estructura del electrolito en la superficie del electrodo también puede depender de la carga superficial, con un cambio alrededor del potencial pzc. Por ejemplo, en un electrodo de platino, se ha informado que las moléculas de agua están débilmente unidas por hidrógeno con orientación de "oxígeno arriba" en superficies cargadas negativamente, y fuertemente unidas por hidrógeno con orientación casi plana en superficies cargadas positivamente. [12]
En pzc, el sistema coloidal exhibe potencial zeta cero (es decir, las partículas permanecen estacionarias en un campo eléctrico ), estabilidad mínima (exhibe máxima tasa de coagulación o floculación ), máxima solubilidad de la fase sólida, máxima viscosidad de la dispersión, y otros peculiaridades.
Aplicación en geoquímica ambiental
En el campo de las ciencias ambientales, la adsorción está involucrada en muchas partes de las tecnologías que pueden eliminar contaminantes y gobierna la concentración de sustancias químicas en el suelo y / o la atmósfera. Al estudiar la degradación de contaminantes o el proceso geoquímico, se ha examinado el valor pzc relacionado con la adsorción. Por ejemplo, los sustratos naturales y orgánicos, como cenizas de madera, aserrín, etc., se utilizarán como adsorbentes mediante la eliminación de metales pesados nocivos como arsénico, cobalto, iones de mercurio, etc., en el drenaje neutro contaminado (CND), que es un reactor pasivo. que podría ser posible la adsorción de metales con materiales de bajo costo. Por lo tanto, se evaluaron los valores de pzc de los sustratos orgánicos para optimizar la selección de materiales en CND. [3] Otro ejemplo es la emisión de ácido nitroso , que controla la capacidad oxidativa de la atmósfera . El pH diferente del suelo conduce a las diferentes cargas superficiales de los minerales, por lo que la emisión de ácido nitroso variaría, lo que afectaría aún más el ciclo biológico involucrado en las especies de ácido nitroso. [4]
Otras lecturas
- Kosmulski M. (2009). Carga superficial y puntos de carga cero . Prensa CRC; 1ª edición (tapa dura). ISBN 978-1-4200-5188-9
Referencias
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- ^ a b Libro de oro de la IUPAC
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