Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
Hogar » La ecuación fundamental del potencial electroquímico

La ecuación fundamental del potencial electroquímico

1930
  • E. A. Guggenheim
Experimento de laboratorio que mide el potencial electroquímico en química física.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

El potencial electroquímico, [latex]bar{mu}_i[/latex], cuantifica la energía total de una especie cargada `i` en un sistema. Combina el potencial químico, [latex]mu_i[/latex], que tiene en cuenta la concentración y las propiedades intrínsecas, con la energía potencial electrostática, [latex]z_i F phi[/latex]. La fórmula es [latex]bar{mu}_i = mu_i + z_i F phi[/latex], donde [latex]z_i[/latex] es la carga del ion, [latex]F[/latex] es la constante de Faraday y [latex]phi[/latex] es el potencial eléctrico local.

El concepto de potencial electroquímico es una piedra angular de la química física, que extiende la idea del potencial químico a sistemas que involucran especies cargadas y campos eléctricos. La ecuación que lo rige, [latex]bar{mu}_i = mu_i + z_i F phi[/latex], fusiona elegantemente las fuerzas impulsoras químicas y eléctricas en una sola. termodinámica cantidad. El primer término, [latex]mu_i[/latex], es el potencial químico, que representa el cambio de energía asociado a la adición de un mol de la especie `i` a un sistema, considerando factores como la concentración, la temperatura y la presión. Es la fuerza impulsora de la difusión desde alta a baja concentración.

El segundo término, [latex]z_i F phi[/latex], representa la energía potencial electrostática molar. Aquí, [latex]z_i[/latex] es la carga entera adimensional del ion (por ejemplo, +2 para [latex]Ca^{2+}[/latex]), [latex]F[/latex] es la constante de Faraday (aproximadamente 96 485 C/mol), que es la carga de un mol de electrones, y [latex]phi[/latex] es el potencial eléctrico local (potencial de Galvani). Este término cuantifica el trabajo necesario para mover un mol de iones en contra del campo eléctrico local.

Fundamentalmente, el potencial electroquímico es la energía libre de Gibbs molar parcial de la especie `i`, expresada como [latex]bar{mu}_i = (frac{partial G}{partial n_i})_{T,P,n_{jneq i}}[/latex]. Esto significa que representa el trabajo total que se puede extraer cuando se añade un mol de la especie al sistema. La diferencia de potencial electroquímico entre dos puntos determina la dirección del movimiento espontáneo de ese ion, abarcando tanto la difusión a lo largo de un gradiente de concentración como la deriva a lo largo de un campo eléctrico.

UNESCO Nomenclature: 2209
- Química física

Tipo

Sistema abstracto

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • El trabajo de Josiah Willard Gibbs sobre el potencial químico y la energía libre de Gibbs.
  • Michael Faraday’s laws of electrólisis and the concept of the faraday constant
  • El desarrollo del Walther Nernst Nernst ecuación
  • El desarrollo de la termodinámica clásica y la electrostática

Aplicaciones

  • baterías y pilas de combustible
  • Ciencia de la galvanoplastia y la corrosión
  • física de semiconductores (nivel de Fermi)
  • neurociencia (impulsos nerviosos)
  • bioenergética celular (síntesis de ATP)

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • Membranas inteligentes selectivas de iones para la purificación de agua específica
  • Sensores biointegrados que miden la actividad metabólica mediante el seguimiento del flujo de iones en tiempo real.
  • Materiales autocurativos que utilizan gradientes de potencial electroquímico para dirigir iones restauradores a los sitios dañados.
  • energy harvesting devices that capture potential differences across atmospheric layers
  • computación neuromórfica chips that use ion gradients instead of electron flow
  • Sistemas avanzados de administración de fármacos que liberan medicamentos en función de los cambios en el potencial de la membrana celular.
  • Extracción de energía geotérmica mejorada mediante la manipulación de gradientes iónicos del subsuelo
  • Sistemas de captura directa de CO2 atmosférico impulsados ​​por diferencias de potencial electroquímico diseñadas
Relacionado con: potencial electroquímico, potencial químico, potencial electrostático, constante de Faraday, energía libre de Gibbs, ecuación de Nernst, electroquímica, ión.

Contexto histórico

La ecuación fundamental del potencial electroquímico

1926
1927
1927
1930
1930
1930
1931
1926
1927
1927
1930
1930
1930
1931
1932

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

Las imágenes en tamaño completo y las descargas solo están disponibles, de forma totalmente gratuita, para los miembros registrados.

> Acceso <