Densidad de corriente de intercambio

En electroquímica, la densidad de corriente de intercambio es un parámetro utilizado en la ecuación de Tafel, la ecuación de Butler-Volmer y otras expresiones cinéticas electroquímicas. La ecuación de Tafel describe la dependencia de la corriente en un proceso electrolítico con el sobrepotencial.La densidad de corriente de intercambio es la corriente en ausencia de electrólisis neta y con sobrepotencial cero. La corriente de intercambio puede considerarse como una corriente de fondo a la que se normaliza la corriente neta observada a diversos sobrepotenciales. En una reacción redox, expresada como una reducción al potencial de equilibrio, los procesos de transferencia de electrones continúan en la interfaz electrodo/solución en ambas direcciones. La corriente catódica se equilibra con la corriente anódica. Esta corriente continua en ambas direcciones se denomina densidad de corriente de intercambio. Cuando el potencial es más negativo que el potencial formal, la corriente catódica es mayor que la anódica. Expresada como una reducción, la corriente catódica es positiva. La densidad de corriente neta es la diferencia entre la densidad de corriente catódica y la anódica.Las densidades de corriente de intercambio reflejan las tasas intrínsecas de transferencia de electrones entre un analito y el electrodo. Estas tasas proporcionan información sobre la estructura y la unión entre el analito y el electrodo. Por ejemplo, las densidades de corriente de intercambio de los electrodos de platino y mercurio para la reducción de protones difieren en un factor de 10¹⁰, lo que indica las excelentes propiedades catalíticas del platino. Debido a esta diferencia, el mercurio es el material de electrodo preferido para potenciales reductores (catódicos) en solución acuosa.La densidad de corriente de intercambio depende crucialmente de la naturaleza del electrodo, no solo de su estructura, sino también de parámetros físicos como la rugosidad superficial. Por supuesto, los factores que modifican la composición del electrodo, como los óxidos pasivantes y las especies adsorbidas en la superficie, también influyen en la transferencia de electrones. La naturaleza de la especie electroactiva (el analito) en la solución también afecta críticamente las densidades de corriente de intercambio, tanto en su forma reducida como oxidada.Menos importantes, pero aún relevantes, son el entorno de la solución, incluyendo el disolvente, la naturaleza de otros electrolitos y la temperatura. Para la dependencia de la concentración de la densidad de corriente de intercambio, se da la siguiente expresión para una reacción de un electrón:

${\displaystyle ¿Qué?$

donde:

• ${\displaystyle C_{oxy}$: la concentración de las especies oxidadas
• ${\displaystyle C_{red}$: la concentración de la especie reducida
• ${\displaystyle \beta }$: un factor de simetría
• ${\displaystyle F}$: Faraday constante
• ${\displaystyle K_{0}$: frecuencia de reacción constante

Comparación de la densidad de cambio actual para la reacción de reducción de protones en 1 mol/kg H₂Así que...₄

Material de electrodo	Cambio corriente densidad −log10(A/cm)2)
Palladium	3.0
Platino	3.1
Rhodium	3.6
Iridium	3.7
Nickel	5.2
Oro	5.4
Tungsten	5.9
Niobio	6.8
Titanio	8.2
Cadmio	10.8
Manganese	10.9
Lead	12.0
Mercurio	12.3

• Corriente parcial