Procesos electroquímicos acoplados : aproximación teórico-experimental
View/ Open
Date
2019Author
Zanotto, Franco Martín
Advisor
Dassie, Sergio Alberto
Metadata
Show full item recordAbstract
Los procesos electroquímicos de gran relevancia en diversos campos de la tecnología
involucran inevitablemente fenómenos de naturaleza química, superficial y de
transporte. Estos aspectos están ampliamente caracterizados de manera aislada, sin
embargo, comúnmente se entrelazan de manera tal que generan nuevos fenómenos
exclusivos a la electroquímica. Esta tesis doctoral se centra en el estudio de algunos
de estos procesos acoplados, orientándose a la interpretación de resultados mediante
el planteo de modelos matemáticos y la simulación de señales experimentales. Los
resultados se dividen en dos partes.
La primera parte consiste en el desarrollo y análisis de los resultados de modelos
que describen el comportamiento de electrodos modificados por un film grueso de
fase orgánica. En esta configuración, una interfaz líquido|líquido y una interfaz
sólido|líquido se encuentran en serie. En consecuencia, el potencial aplicado sobre
el sistema se distribuye entre estas interfaces, y la corriente total debe ser la misma
en ambas. De esta manera, ocurren concertadamente procesos de transferencia
de electrones y transferencia de iones. Los modelos desarrollados permiten analizar
el comportamiento de estos sistemas frente a modificaciones de las variables
experimentales, en un amplio intervalo de condiciones. Se estudian procesos de
transferencia de iones de carga permanente y de iones que participan en equlibrios
ácido-base, tanto en presencia como en ausencia de soluciones reguladoras de pH.
Se incluyen en los modelos equlibrios de formación de pares iónicos, efectos de no
idealidad de la solución y cinéticas explícitas de reacción. Se muestran validaciones
experimentales de los modelos utilizando voltamperometría cíclica en films formados
por solventes convencionales y por líquidos iónicos y utilizando microscopía de
barrido electroquímico.
La segunda parte de esta tesis doctoral se enfoca en el modelado de distintos
sistemas electroquímicos que utilizan convección forzada para mejorar la eficiencia
del transporte de masa, en particular en la configuración de electrodo de disco
rotante y otras afines. Se realiza en primer lugar una cuidadosa validación del modelo
general propuesto, a partir de determinaciones experimentales, mediante técnicas
electroquímicas y de resonancia magnética nuclear. Posteriormente, el modelo se
utiliza para realizar una caracterización de sistemas formados por dos fases líquidas,
en donde una de las fases es agitada y la otra no. Por último, se pone en práctica
la metodología desarrollada para el análisis de resultados experimentales en tres
configuraciones que utilizan condiciones hidrodinámicas forzadas. Primero, se la usa
para validar un método para la determinación de constantes de partición de bases
débiles neutras entre dos electrolitos inmiscibles. En segundo lugar, se la emplea
como complemento de una estrategia para el monitoreo, mediante resonancia
magnética nuclear, de reacciones redox bajo convección. Por último, se utilizan
simulaciones para comprender la respuesta electroquímica de la configuración
experimental del electrodo de disco-menisco rotante.
En términos generales, se destaca la utilidad de las simulaciones, que permiten
acceder a información en un nivel de detalle que no es posible alcanzar en los experimentos.
Por otro lado, se plantea como indispensable la validación experimental, que
permite verificar si las suposiciones de las que se partió son razonables. La estrategia
general que combina ambas aproximaciones permite realizar análisis globales de los
problemas planteados mediante diferentes enfoques y en esto radica la fortaleza de
esta tesis doctoral.
Collections
The following license files are associated with this item: