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Puente de sal

Una celda electroquímica (similar a una celda Daniell ) con un puente salino de papel de filtro. El papel se ha empapado con una solución de nitrato de potasio .

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, normalmente 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 el 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 semiceldas. [4] Además, sirve para minimizar la contaminación cruzada entre las dos semiceldas. [1] [5]

Un puente salino consta normalmente 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 configurar un puente salino entre diferentes disolventes de semiceldas, es fundamental asegurarse de que el electrolito utilizado en el puente sea soluble en ambas soluciones y no interactúe con ninguna especie presente en ninguna de ellas. [3]

Existen varios tipos de puentes salinos: puentes de tubos de vidrio (puente salino tradicional de tipo KCl y puente salino de líquido iónico), puentes de papel de filtro, puentes salinos de frita porosa, puentes salinos de sílice pirogénica y puentes salinos de 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 pirogénica y puentes de sal de carbón.

Puentes de tubos de vidrio (puentes salinos de tipo KCl y de líquido iónico)

Los puentes salinos de tubos de vidrio generalmente 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 reaccione con ninguno de los químicos utilizados en la celda.

Puentes salinos de tipo KCl

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 eficiente 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]

Puentes salinos líquidos iónicos

Debido a los numerosos inconvenientes de los puentes salinos de tipo KCl, se han utilizado puentes salinos de líquido iónico (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 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]

El puente de sal etiquetado muestra el tubo de vidrio en forma de U utilizado como puente de sal.

Para crear un puente salino en un tubo de vidrio, se construye un tubo Vycor en forma de U para contener 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 lo contrario 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 electrolito superior a la saturación y un diámetro de tubo estrecho pueden reducir la conductividad. [4]

Puentes de papel de filtro

Se puede utilizar papel poroso, como papel de filtro, como puente salino si se lo sumerge en un electrolito adecuado, como los electrolitos que se utilizan en los puentes de tubos de vidrio. No se necesita ningún 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 de absorción del papel. En general, una textura más suave y una mayor capacidad de absorción equivalen a una mayor conductividad. [7]

Para crear este tipo de puente salino, se puede utilizar papel de filtro de laboratorio y enrollarlo para formar una forma que conecte las dos semiceldas, normalmente enrollado en una forma cilíndrica. [7] Luego, el papel de filtro enrollado se sumerge en una solución de sal inerte adecuada. [7] Se puede utilizar una pajita para darle forma de tubo en forma de U al papel de filtro enrollado, lo que proporciona resistencia mecánica al papel de filtro empapado. [7] [8] Ahora, este papel de filtro se puede utilizar para actuar como un puente salino y conectar las dos semiceldas. [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 utilizar 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]

Puentes de sal de carbón

Un desarrollo reciente es el puente de sal de carbón. Se considera una excelente opción para una unión porosa para el electrodo de referencia en una solución alcalina. [9]

El carbón (caja negra en la parte inferior de la celda) actúa como un puente salino para permitir la transferencia de iones.

Una unión porosa sirve como puente salino entre las dos semiceldas de referencia y las soluciones electrolíticas. [9] Otros materiales utilizados para las uniones porosas, como el vidrio, el teflón y el gel de agar, tienen sus propios beneficios pero también algunas desventajas significativas como el alto costo y el alto riesgo de contaminación. [9] [3]

Por lo tanto, las ventajas de utilizar carbón como fritas incluyen su bajo costo y fácil accesibilidad, ya que el carbón puede obtenerse de materiales de carbono porosos. [9] A pesar de ser frágil, el carbón facilita la transferencia eficiente de iones debido a su estructura altamente porosa. [9]

Véase también

Referencias

  1. ^ abcdefghij Kakiuchi, Takashi (1 de julio de 2011). "Puente salino en química electroanalítica: pasado, presente y futuro". Journal of Solid State Electrochemistry . 15 (7): 1661–1671. doi :10.1007/s10008-011-1373-0. ISSN  1433-0768.
  2. ^ "5. Celdas electroquímicas". Chemistry LibreTexts . 2017-05-18 . Consultado el 2024-04-07 .
  3. ^ abcdefgh Doménech-Carbó, Antonio (1 de noviembre de 2013). "György Inzelt, Andrzej Lewenstam y Fritz Scholz (eds.), Handbook of Reference Electrodes". Revista de electroquímica del estado sólido . 17 (11): 2967–2968. doi :10.1007/s10008-013-2160-x. ISSN  1433-0768.
  4. ^ abc Kakiuchi, Takashi (1 de agosto de 2014). "Puente salino líquido iónico: estado actual y perspectivas: una mini revisión". Electrochemistry Communications . 45 : 37–39. doi :10.1016/j.elecom.2014.05.016. ISSN  1388-2481.
  5. ^ Anderson, Evan L.; Troudt, Blair K.; Bühlmann, Philippe (2020). "Comparación crítica de electrodos de referencia con puentes salinos contenidos en vidrio nanoporoso con poros de 5, 20, 50 y 100 nm de diámetro". Ciencias Analíticas . 36 (2): 187–191. doi : 10.2116/analsci.19P235 .
  6. ^ Clem, Ray G.; Jakob, Fredi.; Anderberg, Dane. (1971-02-01). "Puentes de sal de sílice pirogénica". Química analítica . 43 (2): 292–293. doi :10.1021/ac60297a014. ISSN  0003-2700.
  7. ^ abcdefg Malike Devi, G.; Padmavathi, DA; Sanjeev, R.; Jagannadham, V. (2016). "Puente de sal de papel de filtro en valoraciones potenciométricas: un artículo de educación química de laboratorio de pregrado". Revista mundial de educación química . 4 (6): 117–123 - a través de Science & Education Publishing.
  8. ^ "CEJ Vol. 8, No. 2 (Serial No. 15). Reg. No. 8-11". www.edu.utsunomiya-u.ac.jp . Consultado el 15 de abril de 2024 .
  9. ^ abcde Lee, Jun-Seob (15 de febrero de 2020). "Uso de un puente de sal de carbón a un electrodo de referencia en una solución alcalina". Journal of Electroanalytical Chemistry . 859 : 113872. doi :10.1016/j.jelechem.2020.113872. ISSN  1572-6657.