El potencial de Volta (también llamado diferencia de potencial de Volta , diferencia de potencial de contacto , diferencia de potencial exterior , Δψ o "delta psi") en electroquímica , es la diferencia de potencial electrostático entre dos metales (o un metal y un electrolito ) que están en contacto y se encuentran en equilibrio termodinámico . Específicamente, es la diferencia de potencial entre un punto cercano a la superficie del primer metal y un punto cercano a la superficie del segundo metal (o electrolito ). [1]
El potencial de Volta recibe su nombre de Alessandro Volta .
Cuando dos metales están eléctricamente aislados entre sí, puede existir una diferencia de potencial arbitraria entre ellos. Sin embargo, cuando dos superficies metálicas neutras diferentes se ponen en contacto eléctrico (aunque sea indirectamente, por ejemplo, a través de un cable electroconductor largo), los electrones fluirán desde el metal con el nivel de Fermi más alto al metal con el nivel de Fermi más bajo hasta que los niveles de Fermi en las dos fases sean iguales. Una vez que esto ha ocurrido, los metales están en equilibrio termodinámico entre sí (el número real de electrones que pasa entre las dos fases suele ser pequeño). Sin embargo, el hecho de que los niveles de Fermi sean iguales no significa que los potenciales eléctricos sean iguales. El potencial eléctrico fuera de cada material está controlado por su función de trabajo , por lo que metales diferentes pueden mostrar una diferencia de potencial eléctrico incluso en equilibrio.
El potencial de Volta no es una propiedad intrínseca de los dos metales en masa considerados, sino que está determinado por las diferencias de la función de trabajo entre las superficies de los metales. Al igual que la función de trabajo, el potencial de Volta depende sensiblemente del estado de la superficie, la contaminación, etc.
El potencial de Volta puede ser significativo (del orden de 1 voltio), pero no se puede medir directamente con un voltímetro común . Un voltímetro no mide potenciales electrostáticos de vacío, sino la diferencia en el nivel de Fermi entre los dos materiales, una diferencia que es exactamente cero en el equilibrio.
El potencial de Volta, sin embargo, corresponde a un campo eléctrico real en los espacios entre y alrededor de los dos objetos metálicos, un campo generado por la acumulación de cargas en sus superficies. La carga total sobre la superficie de cada objeto depende de la capacitancia entre los dos objetos, por la relación , donde es el potencial de Volta. Por lo tanto, se deduce que el valor del potencial se puede medir variando la capacitancia entre los materiales en una cantidad conocida (por ejemplo, alejando los objetos uno del otro) y midiendo la carga desplazada que fluye a través del cable que los conecta.
La diferencia de potencial Volta entre un metal y un electrolito se puede medir de manera similar. [2] El potencial Volta de una superficie metálica se puede mapear en escalas muy pequeñas mediante el uso de un microscopio de fuerza de sonda Kelvin , basado en la microscopía de fuerza atómica . En áreas más grandes del orden de milímetros a centímetros, se puede utilizar una sonda Kelvin de barrido (SKP), que utiliza una sonda de alambre de decenas a cientos de micrones de tamaño. En ambos casos, no se conoce el cambio de capacitancia; en su lugar, se agrega un voltaje de CC compensador para cancelar el potencial Volta de modo que no se induzca corriente por el cambio de capacitancia. Este voltaje compensador es el negativo del potencial Volta.
