Puente de sal

En electroquímica , un puente salino o puente iónico es un dispositivo de laboratorio esencial para minimizar el potencial de unión líquida en una celda electroquímica . El puente salino se ha utilizado durante más de 100 años. ^{[ 1 ]} Contiene una solución electrolítica , generalmente una solución inerte, que se utiliza para conectar las semiceldas de oxidación y reducción de una celda galvánica (celda voltaica), un tipo de celda electroquímica. ^{[ 1 ] [ 2 ]} En resumen, funciona como un enlace conductor iónico que conecta las semiceldas del ánodo y el cátodo dentro de la celda electroquímica. ^{[ 3 ]} También minimiza y estabiliza el potencial de unión líquida entre las soluciones en las semiceldas. ^{[ 4 ]} Adicionalmente, puede utilizarse para minimizar la contaminación cruzada entre las dos semiceldas. ^{[ 1 ] [ 5 ]}

Como se muestra en la figura de la derecha, un puente salino generalmente consiste en tubos llenos de una solución electrolítica. Estos tubos suelen tener diafragmas —como fritas de vidrio— en sus extremos para ayudar a contener la solución dentro de los tubos y evitar una mezcla excesiva con el entorno circundante. ^{[ 3 ]} Al establecer un puente salino entre diferentes disolventes de semiceldas, es crucial asegurar que el electrolito utilizado en el puente sea soluble en ambas soluciones y no interactúe con ninguna especie presente en ninguna de ellas. ^{[ 3 ]}

Un puente salino relleno con una solución de una sola sal minimiza el potencial de unión líquida de manera más eficiente cuando se cumplen las siguientes condiciones:

1. Los coeficientes de difusión _del anión y el catión de la sal son casi iguales a la concentración seleccionada. _K⁺ ^, NH₄⁺ , Rb⁺ , ^Cl⁻ y NO₃⁻ ^{se utilizan} con mayor ^frecuencia como aniones y cationes de las sales puente iónicas con diferentes disolventes ^{. [ 6} ]
2. La concentración de sal en el puente iónico es mucho mayor que en las soluciones de trabajo a las que conecta. Esto minimiza los efectos de la composición del catolito y el anolito sobre la diferencia de voltaje medida .

Tradicionalmente, la solución acuosa concentrada de cloruro de potasio (KCl) se ha utilizado con mayor frecuencia para minimizar el potencial de unión líquida. ^{[ 1 ]} Al comparar otras soluciones salinas, como el bromuro de potasio y el yoduro de potasio, con el cloruro de potasio, este último es el más eficiente para anular el potencial de unión. ^{[ 1 ]} Sin embargo, la efectividad de este puente salino disminuye a medida que aumenta la fuerza iónica de las soluciones de trabajo (catolito y anolito). ^{[ 1 ]}

Existen varios diseños de puentes salinos: puentes de tubo de vidrio (puente salino tradicional de tipo KCl y puente salino de líquido iónico, como se muestra en la figura), puentes de papel de filtro, puentes salinos de frita porosa, sílice pirógena y puentes salinos de gel de agar.

Los puentes salinos de tubo de vidrio suelen consistir en tubos de Vycor en forma de U rellenos con un electrolito relativamente inerte . ^{[ 7 ]} La solución electrolítica generalmente comprende una combinación de cationes, como amonio y potasio, y aniones, incluidos cloruro y nitrato, que tienen una movilidad similar. ^{[ 1 ] [ 3 ]} Se elige la combinación que no reacciona con ninguno de los productos químicos utilizados en la celda.

Debido a los numerosos inconvenientes de los puentes salinos de tipo KCl, se han utilizado puentes salinos de líquidos iónicos (ILSB) para abordar los problemas de potenciometría que surgen de los puentes salinos de tipo KCl en celdas electroquímicas. ^{[ 1 ] [ 4 ]} Los ILSB demuestran un rendimiento eficiente en soluciones acuosas de electrolitos hidrófilos . Esto se debe a que los líquidos iónicos no se mezclan con el agua (son inmiscibles), lo que los hace adecuados como puentes salinos para soluciones acuosas. ^{[ 1 ]} Además, son químicamente inertes y altamente estables en agua. ^{[ 1 ]}

Para establecer un puente salino de tubo de vidrio, se fabrica un tubo de Vycor en forma de U para contener una solución electrolítica adecuada. ^{[ 3 ]} Normalmente, se cubren los extremos del tubo con fritas de vidrio, un material poroso, o bien se gelifica el electrolito con agar-agar para evitar la mezcla de fluidos que podría producirse de otro modo. ^{[ 3 ]}

La conductividad de un puente de tubo de vidrio depende principalmente de la concentración de la solución electrolítica. A concentraciones inferiores a la saturación, un aumento de la concentración incrementa la conductividad. Sin embargo, una cantidad de sal superior a la saturación en un tubo de diámetro estrecho puede reducir la conductividad. ^{[ 4 ]}

El papel poroso, como el papel de filtro, puede utilizarse como puente salino si se sumerge en un electrolito adecuado, como los que se usan en los puentes de tubos de vidrio. No se requiere ningún agente gelificante, ya que el papel de filtro proporciona un medio sólido para la conducción. ^{[ 8 ]}

La conductividad de este tipo de puente salino depende de varios factores: la concentración de la solución electrolítica, la textura del papel y su capacidad de absorción. Generalmente, una textura más lisa y una mayor capacidad de absorción se traducen en una mayor conductividad. ^{[ 8 ]}

Para establecer este tipo de puente salino, se puede usar papel de filtro de laboratorio y enrollarlo para formar una estructura que conecte las dos semicélulas, generalmente en forma cilíndrica. ^{[ 8 ]} El papel de filtro enrollado se sumerge en una solución salina inerte adecuada. ^{[ 8 ]} Se puede usar una pajita para dar forma al papel de filtro enrollado, formando un tubo en forma de U, lo que proporciona resistencia mecánica al papel de filtro empapado. ^{[ 8 ] [ 9 ]} Este papel de filtro ahora puede usarse como puente salino y conectar las dos semicélulas. ^{[ 8 ]}

Si bien los puentes salinos de papel de filtro son económicos y de fácil acceso, una desventaja de no usar una pajita para proporcionar resistencia mecánica es que se debe usar un nuevo papel de filtro enrollado y empapado para cada experimento. ^{[ 8 ]} Además, el papel de filtro tiene una vida útil limitada y presenta un alto riesgo de contaminación. ^{[ 3 ]}

Un desarrollo reciente es el puente salino de carbón . Se considera una excelente opción para una unión porosa para el electrodo de referencia en una solución alcalina. ^{[ 10 ]}

Una unión porosa sirve como puente salino entre las dos semiceldas de soluciones de referencia y electrolito. ^{[ 10 ]} Otros materiales utilizados para uniones porosas, como el vidrio, el teflón y el gel de agar, tienen sus propios beneficios, pero también algunos inconvenientes importantes, como el alto costo y el alto riesgo de contaminación. ^{[ 10 ] [ 3 ]}

Por lo tanto, las ventajas de usar carbón vegetal como fritas incluyen su bajo costo y fácil acceso, ya que el carbón vegetal se puede obtener de materiales de carbono porosos. ^{[ 10 ]} A pesar de ser frágil, el carbón vegetal facilita una transferencia iónica eficiente debido a su estructura altamente porosa. ^{[ 10 ]}

• Potencial de unión líquida
• Número de transporte de iones