Electroquímica: Transporte Electrónico y de Materia, Factores Clave

Transporte Electrónico y de Materia en Electroquímica: Etapas y Factores Determinantes

Etapas del Proceso Electroquímico

1. Transferencia de materia del reactivo: Desde el seno de la disolución hasta la interfase electrodo-disolución.
2. Transferencia electrónica: En la interfase, conduciendo a la formación del producto.
3. Transferencia de materia del producto: Desde la interfase electrodo-disolución hacia el seno de la disolución.

Influencia del Sobrepotencial

Según el sobrepotencial aplicado, se distinguen las siguientes situaciones:

1. Bajos sobrepotenciales: La transferencia electrónica es la etapa determinante de la velocidad. La densidad de corriente no depende del transporte de materia.
2. Sobrepotenciales intermedios: La velocidad de transferencia de materia es comparable a la transferencia electrónica. Control mixto de la reacción. La densidad de corriente depende parcialmente del transporte de materia.
3. Altos sobrepotenciales: La transferencia de materia controla la velocidad de reacción. La densidad de corriente depende totalmente del transporte de materia y es independiente del sobrepotencial. La concentración del reactivo en la superficie del electrodo es cero.

Densidad de Corriente Limitante

La densidad de corriente limitante es aquella en la que el proceso electroquímico está completamente controlado por la transferencia de materia. El reactivo se consume tan rápido como llega al electrodo. Se debe evitar trabajar a densidades de corriente superiores a la limitante por las siguientes razones:

• Disminución de la eficacia y aumento del consumo energético.
• Posibles cambios en la composición de la disolución en la interfase electrodo-disolución.

Efecto de la Temperatura en la Velocidad de Reacción Electroquímica

La velocidad de reacción aumenta con la temperatura, siguiendo la ley de Arrhenius:

k = k0 * e(-Ea / RT)

Donde:

• k: Constante de velocidad.
• k0: Factor preexponencial.
• Ea: Energía de activación.
• R: Constante de los gases ideales.
• T: Temperatura absoluta.

Si se considera una concentración constante (C_A) y se representa el logaritmo neperiano de la velocidad (Ln(velocidad)) frente a 1/T, se obtiene una recta cuya pendiente es -Ea/R.

• Pendiente elevada: Alta energía de activación (Ea). La reacción es muy sensible a la temperatura.
• Pendiente suave: Baja energía de activación. La reacción es menos sensible a la temperatura.