En electroquímica , un puente salino o puente iónico es un dispositivo de laboratorio esencial descubierto hace más de 100 años. [1] Contiene una solución electrolítica, típicamente 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 que conecta las semiceldas del ánodo y del cátodo dentro de una celda electroquímica. [3] También mantiene la neutralidad eléctrica dentro del circuito interno y estabiliza el potencial de unión entre las soluciones en las medias celdas. [4] Además, sirve para minimizar la contaminación cruzada entre las dos medias celdas y ayuda a concentrar nuestra atención en desarrollar la función de los electrodos de trabajo de las medias celdas. [ 15]
Un puente salino normalmente consta de 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 medias celdas, es fundamental garantizar que el electrolito utilizado en el puente sea soluble en ambas soluciones y no interactúe con ninguna especie presente en ninguna de las soluciones. [3]
Hay varios tipos de puentes salinos: puentes de tubo de vidrio (puente salino tradicional tipo KCl y puente salino líquido iónico), puentes de papel de filtro, puentes salinos de frita porosa, puentes salinos de sílice pirógena y gel de agar.
Las siguientes secciones explorarán con mayor detalle las características y aplicaciones de los puentes de tubos de vidrio, puentes de papel de filtro, puentes de sal de sílice pirógena y puentes de sal de carbón.
Los puentes salinos de tubos de vidrio comúnmente consisten en tubos Vycor en forma de U llenos de un electrolito relativamente inerte. [6] 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 célula.
Tradicionalmente, durante décadas se ha utilizado una solución acuosa concentrada de cloruro de potasio (KCl) para neutralizar 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, el cloruro de potasio es el más eficaz para anular el potencial de unión. [1] Sin embargo, la eficacia de este puente salino disminuye a medida que aumenta la fuerza iónica de la solución de muestra. [1]
Debido a los numerosos inconvenientes de los puentes salinos de tipo KCl, se han utilizado puentes salinos 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 - ¿Qué??? tal como está escrita, esta afirmación no tiene sentido; comuníquese con el autor para obtener una explicación sobre la inmiscibilidad (son inmiscibles), lo que los hace adecuados como puentes salinos para soluciones acuosas. [1] Además, son químicamente inertes y muy estables en agua. [1]
Para instalar un puente salino de tubo de vidrio, se construye un tubo Vycor en forma de U que contenga una solución electrolítica adecuada. [3] Normalmente, las fritas de vidrio, un material poroso, cubren los extremos del tubo o el electrolito a menudo se gelifica con agar-agar para ayudar a prevenir la mezcla de fluidos que de otro modo podría ocurrir. [3]
La conductividad de un puente de tubo de vidrio depende principalmente de la concentración de la solución electrolítica. En concentraciones inferiores a la saturación, un aumento de la concentración mejora la conductividad. Sin embargo, un contenido de electrolitos por encima de la saturación y un diámetro de tubo estrecho pueden reducir la conductividad. [4]
Se puede utilizar papel poroso, como papel de filtro, como puente salino si se sumerge en un electrolito apropiado, como los electrolitos utilizados en los puentes de tubos de vidrio. No se requiere agente gelificante ya que el papel de filtro proporciona un medio sólido para la conducción. [7]
La conductividad de este tipo de puente salino depende de varios factores: la concentración de la solución electrolítica, la textura del papel y la capacidad absorbente del papel. Generalmente, una textura más suave y una mayor absorbencia equivalen a una mayor conductividad. [7]
Para establecer este tipo de puente salino, se puede usar papel de filtro de laboratorio y enrollarlo para formar una forma que conecte las dos medias celdas, generalmente enrollado en forma cilíndrica. [7] A continuación, el papel de filtro enrollado se sumerge en una solución salina inerte adecuada. [7] Se puede usar una pajita para darle forma al papel de filtro enrollado en un tubo en forma de U, proporcionando resistencia mecánica al papel de filtro empapado. [7] [8] Este papel de filtro ahora se puede utilizar para actuar como un puente salino y conectar las dos medias celdas. [7]
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 papel de filtro nuevo enrollado y empapado para cada experimento. [7] Además, el papel de filtro tiene una longevidad limitada y plantea 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. [9]
Una unión porosa sirve como puente salino entre las dos medias celdas de las soluciones de referencia y electrolítica. [9] 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. [9] [3]
Por tanto, las ventajas de utilizar carbón vegetal como fritas incluyen su bajo coste y su fácil accesibilidad, ya que el carbón vegetal puede obtenerse de materiales de carbono porosos. [9] A pesar de ser frágil, el carbón vegetal facilita la transferencia eficiente de iones debido a su estructura altamente porosa. [9]