Densidad de corriente de intercambio

En electroquímica , la densidad de corriente de intercambio es un parámetro utilizado en la ecuación de Tafel , la ecuación de Butler-Volmer y otras expresiones de cinética electroquímica . La ecuación de Tafel describe la dependencia de la corriente para un proceso electrolítico con respecto al sobrepotencial .

La densidad de corriente de intercambio es la corriente en ausencia de electrólisis neta y a sobrepotencial cero. La corriente de intercambio puede considerarse como una corriente de fondo a la que se normaliza la corriente neta observada a diferentes sobrepotenciales. Para una reacción redox escrita como una reducción al potencial de equilibrio, los procesos de transferencia de electrones continúan en la interfaz electrodo/solución en ambas direcciones. La corriente catódica se equilibra con la corriente anódica . Esta corriente continua en ambas direcciones se denomina densidad de corriente de intercambio. Cuando el potencial se establece más negativo que el potencial formal, la corriente catódica es mayor que la corriente anódica. Escrita como una reducción, la corriente catódica es positiva. La densidad de corriente neta es la diferencia entre la densidad de corriente catódica y la anódica.

Las densidades de corriente de intercambio reflejan las tasas intrínsecas de transferencia de electrones entre un analito y el electrodo . Dichas tasas proporcionan información sobre la estructura y los enlaces en el analito y el electrodo. Por ejemplo, las densidades de corriente de intercambio para electrodos de platino y mercurio para la reducción de protones difieren en un factor de 10¹⁰ ^, lo que indica las excelentes propiedades catalíticas del platino. Debido a esta diferencia, el platino es el material de electrodo preferido a potenciales reductores (catódicos) en solución acuosa. ^{[ 1 ]}

La densidad de corriente de intercambio depende fundamentalmente de la naturaleza del electrodo, no solo de su estructura, sino también de parámetros físicos como la rugosidad superficial. Por supuesto, los factores que modifican la composición del electrodo, incluidos los óxidos pasivantes y las especies adsorbidas en la superficie, también influyen en la transferencia de electrones. La naturaleza de la especie electroactiva (el analito) en la disolución también afecta de manera crucial a las densidades de corriente de intercambio, tanto en su forma reducida como oxidada.

Menos importantes, pero aún relevantes, son el entorno de la solución, incluyendo el disolvente, la naturaleza de otros electrolitos y la temperatura. Para la dependencia de la densidad de corriente de intercambio con la concentración, se da la siguiente expresión para una reacción de un electrón: ^{[ 2 ]}

${\displaystyle j_{0}=Fk_{0}(C_{oxy}^{1-\beta }C_{red}^{\beta })}$

dónde:

• ${\displaystyle C_{oxy}}$: la concentración de las especies oxidadas
• ${\displaystyle C_{red}}$: la concentración de las especies reducidas
• ${\displaystyle \beta }$: un factor de simetría
• ${\displaystyle F}$Constante de Faraday
• ${\displaystyle k_{0}}$: constante de velocidad de reacción

• Corriente parcial