El punto de carga cero (pzc) se describe generalmente como el pH en el que la carga eléctrica neta de la superficie de la partícula (es decir, la superficie del adsorbente ) es igual a cero. Este concepto se ha introducido en los estudios que tratan la floculación coloidal para explicar por qué el pH afecta el fenómeno. [1]
Un concepto relacionado en electroquímica es el potencial de 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 del potencial en el fluido a granel. [2] El pzc es de importancia fundamental en la ciencia de superficies . Por ejemplo, en el campo de la ciencia ambiental , determina la facilidad con la que un sustrato puede adsorber iones potencialmente dañinos. También tiene innumerables aplicaciones en la tecnología de coloides , por ejemplo, la 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 por titulaciones y se han desarrollado varios métodos de titulación. [5] [6] Existen valores relacionados asociados con las características del suelo junto con el valor pzc, incluido el punto de carga cero (zpc), el punto de carga neta cero (pznc), etc. [7]
El punto de carga cero es el valor de pH para el cual la carga superficial neta del adsorbente es igual a cero. Este concepto ha sido introducido por un aumento de interés en el pH de la solución durante los experimentos de adsorción. [1] La razón 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 por el ion que se encuentra en la superficie de la estructura de la partícula (adsorbente) como la 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 que en el caso de la partícula con carga negativa. Por otro lado, si la superficie está cargada positivamente y aumenta el pH, los aniones se adsorberán menos a medida que aumenta el pH. Desde el punto de vista del adsorbente, si el pH de la solución es inferior al valor pzc, la carga superficial del adsorbente se tornaría positiva, de modo que los aniones pueden adsorberse. Por el contrario, si el pH es superior al valor pzc, la carga superficial sería negativa, de modo que los cationes pueden adsorberse.
Por ejemplo, la carga eléctrica en la superficie de los cristales de yoduro de plata (AgI) se puede determinar mediante la concentración de iones de yoduro presentes en la solución sobre los cristales. Entonces, el valor pzc de la superficie de AgI se describirá mediante una función de la concentración de I − en la solución (o mediante el logaritmo decimal negativo de esta concentración, -log 10 [I – ] = p I − ).
El pzc es lo mismo que el punto isoeléctrico (iep) si no hay adsorción de otros iones que el potencial determinante H + /OH − en la superficie [ aclaración necesaria ] . [8] Este suele ser el caso de óxidos puros ("superficie prístina") en suspensión en agua. En presencia de adsorción específica, el pzc y el punto isoeléctrico generalmente tienen valores diferentes.
El pzc se obtiene típicamente mediante titulaciones ácido-base de dispersiones coloidales mientras se monitorea la movilidad electroforética de las partículas y el pH de la suspensión. Se requieren varias titulaciones para distinguir el pzc del iep, utilizando diferentes electrolitos de soporte (incluida la variación de la fuerza iónica del electrolito ). Una vez que se obtienen curvas satisfactorias (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, el pzc también se conoce a veces como cip.
Además de pzc, iep y cip, también hay muchos otros términos utilizados en la literatura, generalmente expresados como siglas , con un significado idéntico o (confusamente) casi idéntico: punto cero de carga (zpc), punto de carga neta cero (pznc), punto de carga neta cero de protones (pznpc), punto prístino de carga cero (ppzc), punto de efecto salino cero (pzse), punto cero de titulación (zpt) de dispersión coloidal y punto isoeléctrico del sólido (ieps) [9] y punto de tensión superficial cero (pzst [10] o pzs [11] ).
En electroquímica, la interfaz electrodo -electrolito generalmente está cargada. Si el electrodo es polarizable , entonces su carga superficial depende del potencial del electrodo .
La 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:
dónde:
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, se ha informado que en un electrodo de platino, las moléculas de agua están débilmente unidas por enlaces de hidrógeno con una orientación de "oxigenación hacia arriba" en superficies con carga negativa, y fuertemente unidas por enlaces de hidrógeno con una orientación casi plana en superficies con carga positiva. [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 otras peculiaridades. [ cita requerida ]
En el campo de la ciencia ambiental, la adsorción está involucrada en muchas técnicas que pueden eliminar contaminantes y regulan la concentración de químicos en suelos y/o atmósfera. Al estudiar la degradación de contaminantes o un proceso de sorción, es importante examinar el valor pzc relacionado con la adsorción. Por ejemplo, los sustratos naturales y orgánicos que incluyen ceniza de madera, aserrín, etc. se utilizan como adsorbentes al eliminar metales pesados dañinos como arsénico, cobalto, iones de mercurio, etc. en el drenaje neutro contaminado (CND), que es un reactor pasivo que podría permitir la posible adsorción de metales con materiales de bajo costo. Por lo tanto, se evaluaron los valores pzc de los sustratos orgánicos para optimizar la selección de materiales en el CND. [3] Otro ejemplo es la emisión de ácido nitroso , que controla la capacidad oxidativa de la atmósfera . Diferentes pH del suelo conducen a diferentes cargas superficiales de 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]