¿Qué es el sobrepotencial en electroquímica?

Termodinámicamente existe un potencial galvánico óptimo, obtenido por la diferencia de los dos potenciales de reducción de media celda, que una celda puede producir. Del mismo modo, también hay un potencial de electrólisis óptimo requerido para que ocurra la electrólisis. [1]

El potencial galvánico observado o el potencial de electrólisis requerido difiere de ese óptimo, donde el potencial galvánico es más bajo de lo que en teoría se esperaría que se produjera o el potencial de electrólisis es más alto de lo que en teoría se requeriría.

Una analogía sería una especie de rendimiento electroquímico. No se puede obtener un rendimiento perfecto en una reacción de síntesis, pero lo ideal sería obtener algo parecido.

El potencial excesivo aumenta con la densidad de corriente. Se puede hacer un cálculo del sobrepotencial utilizando la ecuación de Tafel: [2]

[matemática] η = A \ times \ ln \ displaystyle \ left (\ frac {i} {i_0} \ right) [/ math]

donde [math] η [/ math] es el sobrepotencial, [math] A [/ math] es la pendiente de Tafel, [math] i [/ math] es la densidad de corriente y [math] i_0 [/ math] es el intercambio densidad actual.

Notas al pie

[1] Sobrepotencial – Wikipedia

[2] Ecuación de Tafel – Wikipedia

Explicación:

El potencial adicional (más allá del requisito termodinámico)
La necesidad de impulsar una reacción electroquímica a una velocidad determinada se denomina sobrepotencial.

Sobre potencial = [Potencial de electrodo – Potencial de equilibrio

Ejemplo práctico:

El producto de la electrólisis de la solución acuosa de NaCl es cloro en el ánodo e hidrógeno en el cátodo.

Probables reacciones en el ánodo:

Oxidación de agua

H2O = 1 / 2O2 + 2H + + 2e- (Potencial de reducción estándar = 1.23 V)

Evolución del cloro

2Cl- = Cl2 + 2e- (Potencial de reducción estándar = 1.36 V)

Según la predicción de los productos de electrólisis a partir de potenciales de electrodo, ambas reacciones tienen las mismas posibilidades de ocurrir. De hecho, la oxidación del agua debería tener un poco más de posibilidades (menos positivo preferirá sufrir oxidación). Sin embargo, la reacción real que tiene lugar en la solución concentrada de NaCl es la evolución del cloro y no la oxidación del agua, es decir, se produce Cl2 y no O2. Este resultado inesperado se basa en el concepto de sobrevoltaje, es decir, el agua necesita un mayor voltaje para la oxidación. O2 (ya que es un proceso cinéticamente lento) que el necesario para la oxidación de iones Cl a Cl2.

Espero haberlo explicado de una manera simple.

Si desea leer más sobre cinética electroquímica, lea Bard y Faulkner-Electrochemical Methods.

En palabras simples sobre el potencial significa el potencial extra tomado por el electrodo de lo que se supone que toma. El potencial del electrodo es un valor constante a una temperatura particular. Tenemos series electroquímicas de potencial de reducción estándar de electrodos que se organizan con potenciales descendentes. Los procesos electroquímicos se componen de reacciones de reducción y oxidación a potenciales definidos en voltios. A veces, los procesos anteriores en el electrodo tienen lugar a potenciales más altos que en sus estados puros, esto se debe a algunas reacciones secundarias. Este potencial adicional se llama sobre potencial en electroquímica.

Espero que lo encuentres simple