Introducción a los electrodos de referencia
Un electrodo de referencia es un electrodo con un potencial estable y bien definido que se utiliza como punto de referencia para medir el potencial de otros electrodos. Los electrodos de referencia se usan comúnmente en experimentos electroquímicos para determinar la diferencia de potencial entre dos electrodos. Hay varios tipos de electrodos de referencia disponibles, incluidos los electrodos de referencia acuosos y no acuosos. Los electrodos de referencia acuosos se usan en soluciones acuosas y los electrodos de referencia no acuosos se usan en soluciones no acuosas. Uno de los electrodos de referencia más utilizados es el electrodo de referencia Ag/AgCl, que es fácil de fabricar y tiene un potencial estable.
Tabla de contenido
Tipos de electrodos de referencia
Hay varios tipos de electrodos de referencia disponibles para experimentos electroquímicos. Comprender las diferencias entre estos electrodos es fundamental para garantizar mediciones precisas.
Electrodos de referencia acuosos
Los electrodos de referencia acuosos se usan comúnmente e incluyen los siguientes tipos:
- Electrodo de hidrógeno estándar
- Electrodo de hidrógeno normal
- Electrodo de calomelanos saturados
- Electrodo de hidrógeno reversible
- Electrodo de cloruro de plata
- Electrodo de cobre-sulfato de cobre
- electrodo de pH
- Electrodo de hidrógeno dinámico
- Electrodo de paladio-hidrógeno
Electrodos de referencia no acuosos
Para experimentos electroquímicos no acuosos, se puede fabricar fácilmente un electrodo de referencia a partir de compartimentos de electrodos de referencia de vidrio disponibles comercialmente (o reciclados), fritas de vycor y alambre de plata. El electrodo de referencia no acuoso más común es el electrodo de cuasi-referencia, que se hace fresco para cualquier experimento dado. Los electrodos de pseudo-referencia no mantienen sus potenciales. Para utilizar este tipo de electrodo de referencia, se deben conocer y calcular las condiciones que afectan.
Electrodos de referencia de construcción propia
Fabricar su propio electrodo de referencia es una solución rentable. Uno de los tipos más utilizados es el electrodo de plata/cloruro de plata, que se puede fabricar fácilmente con un alambre de plata y una solución de cloruro de sodio. Otra opción es el electrodo de calomelanos saturados, que requiere el uso de mercurio, cloruro de potasio y ácido clorhídrico. Un tercer tipo, el electrodo Ag/AgBr, puede fabricarse recubriendo un alambre de plata con bromuro de plata en presencia de luz solar.
Electrodos de referencia disponibles comercialmente
Por último, hay electrodos de referencia disponibles comercialmente que se anuncian como "sin fugas" y que son adecuados para muchas aplicaciones no acuosas. Los usuarios deben probarlos en las condiciones particulares de su celda antes de aceptarlos para su uso rutinario. También deben ser conscientes de que muchos de los materiales que constituyen el cuerpo del electrodo de referencia pueden no resistir bien el disolvente elegido.
Al comprender los diversos tipos de electrodos de referencia disponibles, se puede tomar una decisión informada sobre qué tipo de electrodo de referencia es el adecuado para su aplicación. Independientemente del tipo de electrodo de referencia utilizado, es importante asegurarse de que esté correctamente calibrado antes de su uso para garantizar mediciones precisas. Además, es importante tener en cuenta que los electrodos de referencia pueden degradarse con el tiempo y es posible que deban reemplazarse periódicamente para mantener la precisión.
Electrodos de referencia acuosos
Para los científicos e investigadores que trabajan en el campo de la electroquímica, los electrodos de referencia son herramientas esenciales para obtener mediciones precisas y datos confiables. Un electrodo de referencia es un electrodo que tiene un potencial de electrodo estable y bien conocido. La reacción química general que tiene lugar en una celda se compone de dos semirreacciones independientes, que describen cambios químicos en los dos electrodos. Para centrarse en la reacción en el electrodo de trabajo, el electrodo de referencia se estandariza con concentraciones constantes (tamponadas o saturadas) de cada participante de la reacción redox.
Los electrodos de referencia acuosos se utilizan ampliamente para experimentos electroquímicos. Los electrodos de referencia comunes incluyen el electrodo de hidrógeno estándar (SHE), el electrodo de hidrógeno normal (NHE), el electrodo de hidrógeno reversible (RHE), el electrodo de calomelano saturado (SCE), el electrodo de sulfato de cobre-cobre (II) (CSE), el electrodo de cloruro de plata, el electrodo de pH -electrodo, electrodo de paladio-hidrógeno, electrodo dinámico de hidrógeno (DHE) y electrodo de mercurio-sulfato de mercurio (MSE).
Electrodo de cloruro de plata
Un electrodo de referencia Ag/AgCl es la referencia más utilizada en el análisis electroquímico. Consiste en un alambre de plata con un baño de cloruro de plata, rodeado de un electrolito de sal (puede ser una solución o un gel). La sal suele ser cloruro de potasio (KCl), que se ha saturado en cloruro de plata para garantizar que la inmersión en cloruro de plata no se desintegre. Para que un electrodo de referencia funcione, una pequeña cantidad de la solución de relleno interna se filtrará del sensor a la muestra, lo que proporciona contacto eléctrico y un potencial estable e invariable. Esta ruta de fuga es a través de la unión del electrodo, que se puede fabricar con una variedad de materiales que incluyen cerámica, algodón, teflón y más.
Principio de funcionamiento del electrodo de referencia Ag/AgCl
Este electrodo se basa en la siguiente reacción de media celda: AgCl + e- <->Ag+ + Cl-. Un electrodo de referencia de Ag/AgCl proporciona 199 mV (±5 mV) en comparación con un electrodo de hidrógeno normal si está rodeado por una solución saturada de KCl/AgCl medida a 25 °C. Los electrodos de hidrógeno se usan más como un estándar teórico que en la práctica en los laboratorios, por lo tanto, los electrodos de referencia a menudo se comparan con otros electrodos con el mismo sistema de referencia, o con otras referencias con potenciales conocidos para los cuales hay datos disponibles.
Cómo hacer su propio electrodo de referencia acuoso
Si bien los electrodos de referencia comerciales están fácilmente disponibles, fabricar su propio electrodo de referencia acuoso puede ser una experiencia rentable y gratificante. Para hacer su propio electrodo de referencia, necesitará algunos materiales básicos, incluidos un alambre o varilla de plata, un alambre de Ag/AgCl, un tubo de vidrio y un puente salino. El primer paso es preparar el alambre de plata limpiándolo con ácido y puliéndolo con un paño o almohadilla para pulir. A continuación, inserte el cable de plata en el tubo de vidrio, dejando una pequeña porción expuesta. Luego, conecte el cable de Ag/AgCl a la parte expuesta del cable de plata usando un adhesivo conductor o epoxi de plata. Finalmente, llene el tubo de vidrio con una solución de KCl y conecte el puente salino al cable Ag/AgCl. Su electrodo de referencia acuoso casero ahora está listo para usar en sus experimentos electroquímicos.
Características y consideraciones para seleccionar un electrodo de referencia
Al seleccionar un electrodo de referencia, es importante considerar varios factores, incluida la compatibilidad con la muestra que se mide, la estabilidad del potencial, el tiempo de respuesta, el rango de temperatura y la composición química de la muestra. Hay varias opciones disponibles para electrodos de referencia, incluidos electrodos de referencia separados, como calomelanos saturados (Hg/HgCl), Ag/AgCl, Cu/CuSO4, Hg/HgSO4 y Hg/HgO. Los electrodos de unión doble tienen una cámara inferior que contiene un electrolito que difiere del electrolito de la cámara de referencia superior. Esto permite personalizar la composición química del electrolito de la cámara inferior para que coincida con la muestra.
Electrodos de referencia no acuosos
En los experimentos electroquímicos, los electrodos de referencia son esenciales, ya que proporcionan un potencial estable y fiable con el que se pueden medir otros electrodos. Los electrodos de referencia comerciales están fácilmente disponibles, pero en algunos casos, también es posible fabricar su propio electrodo de referencia no acuoso utilizando materiales simples.
Problemas con los electrodos de referencia acuosos
Si bien el electrodo de calomelano saturado (SCE) y los electrodos de referencia Ag/AgCl son estables y ofrecen potenciales de media celda constantes, son electrodos acuosos basados en soluciones acuosas saturadas. No es aconsejable utilizar estos electrodos de referencia acuosos con sistemas no acuosos ya que los potenciales medidos en diferentes disolventes no son directamente comparables. Además, el potencial para el par Fc0/+ es sensible al solvente.
Electrodo cuasi-referencia (QRE)
Un electrodo de cuasi-referencia (QRE) evita los problemas mencionados anteriormente. Es ideal para trabajos no acuosos y utiliza ferroceno u otro estándar interno, como cobaltoceno o decametilferroceno, referenciado de nuevo al ferroceno. Desde principios de la década de 1960, el ferroceno ha ganado aceptación como referencia estándar para trabajos no acuosos por varias razones. La preparación del electrodo QRE es simple, lo que permite preparar una nueva referencia con cada conjunto de experimentos. Dado que los QRE se fabrican frescos, tampoco hay preocupación por el almacenamiento o el mantenimiento inadecuados del electrodo. Los QRE también son más asequibles que otros electrodos de referencia.
Electrodo de pseudo-referencia
En muchas aplicaciones, incluso una pequeña cantidad de solución de electrolito que se escapa del electrodo de referencia puede comprometer inmediatamente las reacciones electroquímicas que ocurren en la solución de analito. La principal de estas aplicaciones es la electroquímica no acuosa. En estas aplicaciones, puede ser posible utilizar lo que se denomina un pseudoelectrodo de referencia. El pseudoelectrodo de referencia más simple es un alambre de metal, como el platino, que se inserta directamente en la solución de analito. Se desarrollará un potencial de referencia que se debe estrictamente a la composición de esa solución. Aunque esta media celda proporcionará un potencial de referencia constante durante un solo experimento, cualquier cambio en la solución de la celda dará como resultado un cambio en el potencial de referencia. Es una práctica aceptada cuando se emplea una referencia de este tipo que se agrega un compuesto redox de referencia interna con potenciales bien definidos, como el ferroceno (generalmente al final de un experimento), y se ajustan los potenciales experimentales observados al potencial conocido del estándar.
En conclusión, los electrodos de referencia no acuosos son esenciales para mediciones de potencial precisas durante las reacciones electroquímicas. El electrodo cuasi-referencia y el electrodo pseudo-referencia son dos opciones disponibles para la electroquímica no acuosa. El electrodo cuasi-referencia es ideal ya que permite preparar una nueva referencia con cada conjunto de experimentos y es más asequible que otros electrodos de referencia. El electrodo de pseudo-referencia también es una opción viable, pero cualquier cambio en la solución de la celda dará como resultado un cambio en el potencial de referencia.
Fabricación de su propio electrodo de referencia Ag/AgCl
Para medir con precisión la diferencia de potencial entre el electrodo de trabajo y la solución que se está probando en experimentos electroquímicos, se requiere un electrodo de referencia. Un electrodo de referencia de uso común en electroquímica es el electrodo de referencia Ag/AgCl. Afortunadamente, es relativamente fácil hacer su propio electrodo de referencia Ag/AgCl con algunos materiales simples.
Materiales necesarios
- alambre de plata
- Ácido clorhídrico
- Cloruro de sodio
- Tubo de vidrio
- Cloruro de potasio
Limpieza del hilo de plata
Para comenzar, primero debe limpiar el alambre de plata con una solución diluida de ácido clorhídrico, seguido de un enjuague con agua destilada. Esto asegurará que no haya contaminantes en el cable de plata que puedan afectar la precisión de sus experimentos electroquímicos.
Formación de una capa de AgCl en la superficie
Luego, sumerja el alambre de plata en una solución de ácido clorhídrico y cloruro de sodio para formar una capa de AgCl en la superficie. Esto se puede lograr conectando el cable plateado a una batería y sumergiéndolo en la solución de ácido clorhídrico y cloruro de sodio. Esto hará que el alambre de plata se cubra con una capa de AgCl.
Creación de un electrodo de referencia estable y fiable
Finalmente, selle el alambre de Ag/AgCl en un tubo de vidrio lleno de una solución saturada de cloruro de potasio. Esto creará un electrodo de referencia estable y confiable para sus experimentos electroquímicos. Es importante tener en cuenta que el potencial de electrodo del electrodo de referencia Ag/AgCl puede verse afectado por la concentración de iones de cloruro en la solución, por lo que se recomienda utilizar una solución saturada de cloruro de potasio como electrolito.
Al hacer su propio electrodo de referencia, puede ahorrar dinero y tener un mayor control sobre la calidad de sus experimentos. Es fácil hacer su propio electrodo de referencia Ag/AgCl con algunos materiales simples y la técnica correcta.
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