Un electrodo de cloruro de plata es un tipo de electrodo de referencia , comúnmente utilizado en mediciones electroquímicas . Por razones medioambientales, ha sustituido ampliamente al electrodo de calomelanos saturado . Por ejemplo, suele ser el electrodo de referencia interno en los medidores de pH y se utiliza a menudo como referencia en las mediciones de potencial de reducción . Como ejemplo de lo último, el electrodo de cloruro de plata es el electrodo de referencia más utilizado para probar sistemas de control de corrosión de protección catódica en entornos de agua de mar .
El electrodo funciona como un electrodo redox y el equilibrio está entre el metal plata (Ag) y su sal, cloruro de plata (AgCl, también llamado cloruro de plata (I)).
Las medias reacciones correspondientes se pueden presentar de la siguiente manera:
o se pueden escribir juntos:
que se puede simplificar:
Esta reacción se caracteriza por una cinética rápida del electrodo, lo que significa que puede pasar una corriente suficientemente alta a través del electrodo con una eficiencia del 100% de la reacción redox ( disolución del metal o deposición catódica de los iones de plata). Se ha demostrado que la reacción obedece a estas ecuaciones en soluciones con valores de pH entre 0 y 13,5.
La siguiente ecuación de Nernst muestra la dependencia del potencial del electrodo de cloruro de plata-plata (I) de la actividad o concentración efectiva de los iones de cloruro:
El potencial del electrodo estándar E 0 contra el electrodo de hidrógeno estándar (SHE) es 0,230 V ± 10 mV. Sin embargo, el potencial es muy sensible a trazas de iones bromuro que lo hacen más negativo. (El potencial estándar más exacto dado por un artículo de revisión de la IUPAC es +0,22249 V, con una desviación estándar de 0,13 mV a 25 ° C. [1] )
Aplicaciones
Los electrodos de referencia comerciales constan de un cuerpo de electrodo de tubo de plástico. El electrodo es un alambre de plata que se recubre con una capa delgada de cloruro de plata, ya sea físicamente sumergiendo el alambre en cloruro de plata fundido, químicamente galvanizando el alambre en ácido clorhídrico concentrado [2] o electroquímicamente oxidando la plata en una solución de cloruro .
Un tapón poroso en un extremo permite el contacto entre el entorno de campo con el electrolito de cloruro de plata . Un cable conductor aislado conecta la varilla de plata con los instrumentos de medición. Un cable negativo del voltímetro está conectado al cable de prueba.
El cuerpo del electrodo contiene cloruro de potasio para estabilizar la concentración de cloruro de plata. Cuando se trabaja en agua de mar, este cuerpo se puede eliminar y la concentración de cloruro se fija por la salinidad estable del agua. El potencial de un electrodo de referencia de plata: cloruro de plata con respecto al electrodo de hidrógeno estándar depende de la composición del electrolito.
Electrodo | Potencial E 0 + E lj | Coef de temperatura. |
---|---|---|
( V ) a 25 ° C | (mV / ° C) a unos 25 ° C | |
ELLA | 0.000 | 0,000 [3] |
Ag / AgCl / Sat. KCl | +0.197 | -1.01 [ cita requerida ] |
Ag / AgCl / 3,5 mol / kg KCl [4] | +0,205 | -0,73 |
Ag / AgCl / 3,0 mol / kg KCl | +0,210 | ? |
Ag / AgCl / 1.0 mol / kg KCl | +0.235 | +0.25 [ cita requerida ] |
Ag / AgCl / 0,6 mol / kg KCl | +0.25 | |
Ag / AgCl (agua de mar) | +0.266 |
Notas a la tabla: (1) La fuente de datos de la tabla es, [5] excepto cuando se proporciona una referencia separada. (2) E lj es el potencial de la unión líquida entre el electrolito dado y el electrolito con la actividad de cloruro de 1 mol / kg.
El electrodo tiene muchas características que lo hacen adecuado para su uso en el campo:
- Construcción simple
- Barato de fabricar
- Potencial estable
- Componentes no tóxicos
Por lo general, se fabrican con electrolito saturado de cloruro de potasio, pero se pueden usar con concentraciones más bajas, como 1 mol / kg de cloruro de potasio. Como se señaló anteriormente, cambiar la concentración de electrolito cambia el potencial del electrodo. El cloruro de plata es ligeramente soluble en soluciones fuertes de cloruro de potasio, por lo que a veces se recomienda saturar el cloruro de potasio con cloruro de plata para evitar quitar el cloruro de plata del alambre de plata.
Sistemas de electrodos biológicos
Los electrodos de cloruro de plata también se utilizan en muchas aplicaciones de los sistemas de electrodos biológicos, como los sensores de biomonitoreo como parte de la electrocardiografía (ECG) y la electroencefalografía (EEG), y en la estimulación nerviosa eléctrica transcutánea (TENS) para suministrar corriente. Históricamente, los electrodos se fabricaban con materiales sólidos como plata, latón recubierto de plata, estaño y níquel . En las aplicaciones actuales, la mayoría de los electrodos de biomonitoreo son sensores de plata / cloruro de plata que se fabrican recubriendo una fina capa de plata sobre sustratos de plástico y la capa exterior de plata se convierte en cloruro de plata. [7]
El principio de funcionamiento de los sensores de plata / cloruro de plata es la conversión de la corriente de iones en la superficie de los tejidos humanos en corriente de electrones que se envía a través del cable conductor al instrumento para leer. Una parte importante de la operación es el gel de electrolitos que se aplica entre el electrodo y los tejidos. El gel contiene iones de cloruro libres de modo que la carga se puede transportar a través del electrolito, por lo que el electrolito puede considerarse conductor de la corriente iónica como los tejidos humanos. Cuando existe la corriente de iones, los átomos de plata en el electrodo se oxidan y descargan cationes al electrolito y los electrones transportan la carga a través del cable conductor. Al mismo tiempo, los iones de cloruro que son aniones en el electrolito viajan hacia el electrodo y se reducen a medida que se unen con la plata del electrodo, lo que da como resultado cloruro de plata y electrones libres para entregar al cable conductor. La reacción permite que la corriente pase del electrolito al electrodo y la corriente de electrones pase a través del cable conductor para que el instrumento la lea. [8] [9]
Cuando hay una distribución desigual de cationes y aniones, habrá un pequeño voltaje llamado potencial de media celda asociado con la corriente. En el sistema de CC que utilizan los instrumentos de ECG y EEG, la diferencia entre el potencial de media celda y el potencial cero se muestra como una compensación de CC, que es una característica indeseable. Plata / cloruro de plata es una opción popular de electrodos biológicos debido a su bajo potencial de media celda de aproximadamente 220 mV y baja impedancia . [8]
Aplicación de temperatura elevada
Cuando se construye apropiadamente, el electrodo de cloruro de plata se puede usar hasta 300 ° C. El potencial estándar (es decir, el potencial cuando la actividad del cloruro es de 1 mol / kg) del electrodo de cloruro de plata es una función de la temperatura de la siguiente manera: [10]
Temperatura | Potencial E 0 |
---|---|
° C | V versus SHE a la misma temperatura |
25 | 0.22233 |
60 | 0,1968 |
125 | 0.1330 |
150 | 0.1032 |
175 | 0.0708 |
200 | 0.0348 |
225 | -0,0051 |
250 | -0,054 |
275 | -0,090 |
Bard y col. [11] dan las siguientes correlaciones para el potencial estándar del electrodo de cloruro de plata entre 0 y 95 ° C en función de la temperatura (donde t es la temperatura en ° C):
La misma fuente también da el ajuste al potencial de alta temperatura entre 25 y 275 ° C, que reproduce los datos de la tabla anterior:
La extrapolación a 300 ° C da .
Farmer [12] da la siguiente corrección para el potencial del electrodo de cloruro de plata con una solución de KCl de 0,1 mol / kg entre 25 y 275 ° C, lo que representa la actividad del Cl - a temperatura elevada:
Ver también
- Electrodo de referencia
- Electrodo de calomelanos saturado
- Electrodo de hidrógeno estándar
- Electrodo de sulfato de cobre-cobre (II)
- Protección catódica
- Electromiografía (especialmente electrodos utilizados para EMG de superficie)
Para su uso en el suelo, generalmente se fabrican con electrolito de cloruro de potasio saturado, pero se pueden usar con concentraciones más bajas, como cloruro de potasio 1 M. En agua de mar o agua potable clorada, generalmente se sumergen directamente sin electrolito separado. Como se señaló anteriormente, cambiar la concentración de electrolito cambia el potencial del electrodo. El cloruro de plata es ligeramente soluble en soluciones fuertes de cloruro de potasio, por lo que a veces se recomienda que el cloruro de potasio esté saturado con cloruro de plata.
Referencias
- ^ RG Bates y JB MacAskill, "Potencial estándar del electrodo de cloruro de plata-plata", Chem puro y aplicado. , Vol. 50, págs. 1701-1706, http://www.iupac.org/publications/pac/1978/pdf/5011x1701.pdf
- ^ Detalle de la fabricación y configuración de un microelectrodo, Universidad de Denver, http://carbon.cudenver.edu/~bstith/detailelectrode.doc [ enlace muerto permanente ] (enlace obsoleto)
- ^ Bratsch, Steven G. (1989), "Potenciales de electrodos estándar y coeficientes de temperatura en agua a 298,15 K" (PDF) , J. Phys. Chem. Árbitro. Datos , 18 (1): 1–21, Bibcode : 1989JPCRD..18 .... 1B , doi : 10.1063 / 1.555839
- ^ DT Sawyer, A. Sobkowiak, JL Roberts, "Electroquímica para químicos", segunda edición, J. Wiley and Sons Inc., 1995.
- ^ "Manual del curso de especialista en CP de NACE International"
- ^ "Electrodos CARDEX" . CARDEX . Consultado el 21 de agosto de 2014 .
- ^ Emma, Salvatore Jr. (8 de agosto de 2011). "Una breve mirada a la tecnología del sensor de ECG" . Revista Tecnología de Diseño Médico . Consultado el 20 de agosto de 2014 .
- ^ a b Lee, Stephen; Kruse, John. "Sensores de electrodos biopotenciales en sistemas ECG / EEG / EMG" (PDF) . Analog Devices, Inc . Consultado el 21 de agosto de 2014 . Cite journal requiere
|journal=
( ayuda ) - ^ Dickter, Cheryl L; Kieffaber, Paul D (20 de diciembre de 2013). Métodos EEG para las Ciencias Psicológicas . SABIO. págs. 14-15. ISBN 9781446296745. Consultado el 21 de agosto de 2014 .
- ^ RS Greeley, J. Phys. Química, 64, 652, 1960.
- ^ AJ Bard, R. Parson, J. Jordan, "Potenciales estándar en solución acuosa", Marcel Dekker, Inc., 1985.
- ^ Joseph Farmer, "Panel de obtención de expertos en degradación de paquetes de residuos: información sobre la corrosión de la aleación CRM C-22", Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, informe UCRL-ID-130064 "Puente de información: información científica y técnica del DOE" - patrocinado por OSTI ( pdf)
enlaces externos
- Sitio web de NACE International para profesionales de la corrosión