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El siglo XX para la electroquímica comenzó con el interés de los investigadores en el comportamiento de los iones en solución en presencia de una corriente y la relación entre corriente y carga, lo que daría lugar a conceptos como el pH
Electroquímica de principios del siglo XX
En 1904, Hans. Friedenthal recomendó que la concentración de iones de hidrógeno se utilizara para caracterizar las soluciones. También señaló que las soluciones alcalinas (la palabra moderna es «básicas») también podían caracterizarse de esta manera, ya que la concentración de hidroxilo siempre era (1 x 10-14 / la concentración de iones de hidrógeno).
Muchos consideran que esto fue la introducción de la escala de pH. El concepto de pH en sí mismo fue introducido en 1909 por el químico danés Søren Sørensen como una forma conveniente de expresar la acidez, el logaritmo negativo de la concentración de iones de hidrógeno.
Midiendo la carga elemental
En 1909, Robert Andrews Millikan comenzó una serie de experimentos para determinar la carga eléctrica transportada por un solo electrón. Comenzó midiendo el recorrido de gotas de agua cargadas en un campo eléctrico.
Los resultados sugerían que la carga en las gotas es un múltiplo de la carga eléctrica elemental, pero el experimento no fue lo suficientemente preciso como para ser convincente. Obtuvo resultados más precisos en 1910 con su famoso experimento de la gota de aceite en el que reemplazó el agua (que tendía a evaporarse demasiado rápido) por aceite.
En 1911, Frederick Donnan estudió las condiciones bajo las cuales se establece el equilibrio entre dos soluciones electrolíticas separadas por una membrana semipermeable o una membrana a través de la cual el solvente y algunos, pero no todos, de los iones disueltos pueden pasar.
En ausencia de una membrana de este tipo, el solvente y cada especie de ion disuelto difundirán libremente desde una solución hacia la otra, hasta que la composición de las dos soluciones sea la misma. La membrana semipermeable, sin embargo, evita la transferencia de al menos una especie iónica, y la preservación de la neutralidad eléctrica limita la difusión de la especie opuesta cargada. La naturaleza del equilibrio y la existencia del potencial se han asociado con el nombre de Donnan.
El polarógrafo
Jaroslav Heyrovský, premio Nobel, eliminó la tediosa pesadumbre requerida por técnicas analíticas anteriores mediante la precipitación diferencial en un mercurio en paso por el tiempo de monitoreo. En el método anterior se aplicaba un voltaje a un electrodo de mercurio descendente y un electrodo de referencia se sumergía en una solución de prueba. Después de recolectar 50 gotas de mercurio, se secaban y pesaban. Se variaba el voltaje aplicado y se repetía el experimento. El peso medido se graficaba frente al voltaje aplicado para obtener la curva. En 1921, tuvo la idea de medir la corriente que fluía a través de la celda en lugar de solo estudiar el tiempo de caída.
El 10 de febrero de 1922, nació el «polarógrafo» cuando Heyrovský registró la curva corriente-voltaje para una solución de NaOH 1 M. Heyrovskýinterpretó correctamente el aumento de la corriente entre -1.9 y -2.0 V como debido a la deposición de iones Na+, formando una amalgama. Poco después, junto con su colega japonés, Masuzo Shikata, construyó el primer instrumento para la grabación automática de curvas polarográficas, que más tarde se hizo mundialmente famoso como el polarógrafo.
Ácidos, bases y electricidad
En 1923, Johannes Nicolaus Brønsted (Dinamarca) y Thomas Martin Lowry (Inglaterra) publicaron esencialmente la misma teoría sobre cómo se comportan los ácidos y las bases. Se definió un ácido como un compuesto que tiende a liberar un protón (o ion de hidrógeno), mientras que una base era una sustancia que tiende a combinar con un protón. Este nuevo enfoque explicaba todos los hechos que ya habían sido explicados satisfactoriamente por el antiguo enfoque de Svante Arrhenius. Además, representaba una mayor flexibilidad que permitía extender las nociones de ácidos y bases a áreas en las que el antiguo enfoque era insuficiente.
Alexander Naumovich Frumkin y sus colaboradores realizaron extensas mediciones de la adsorción de compuestos orgánicos en mercurio, para lo cual propuso un modelo cuantitativo basado en una isoterma de adsorción semiempírica que es universalmente conocida como la isoterma de Frumkin. Resumió su trabajo sobre la doble capa en mercurio en una revisión completa en la serie Ergebnisse Exakten Naturwissenschaft en 1928. Después de estudios sobre galio líquido y amalgamas, propuso explícitamente el concepto de potencial de carga cero (PZC) como una propiedad característica del metal relacionada estrechamente con el potencial de Volta. Durante la década de 1920, también comenzó a trabajar en sólidos porosos, como el platino negro, el carbón y el yoduro de plata.
Mediados del siglo XX
James J. Drumm inventó «la batería de tracción Drumm» (batería alcalina de zinc-níquel) que se empleó con éxito para alimentar un tren suburbano en Irlanda (1932-1942). La Celda Drumm es una celda alcalina y los únicos metales que forman parte de su construcción son acero inoxidable y níquel puro. Por lo tanto, su resistencia mecánica es bastante satisfactoria.
El sistema de placa positiva consiste en los hidróxidos de níquel mezclados con virutas de níquel. Este electrodo fue desarrollado por primera vez por Edison. La placa negativa es una rejilla de gasa de níquel y el electrolito es una solución de óxido de zinc en hidróxido de potasio (zincato de potasio). Durante la carga, el zinc se deposita en la rejilla de níquel y, durante la descarga, este zinc se disuelve fácilmente en el hidróxido de potasio.
En 1932, las invenciones del ingeniero Francis Bacon resultaron en los primeros dispositivos de celdas de combustible exitosos. Mejoró los costosos catalizadores de platino empleados por Mond y Langer con una celda de hidrógeno-oxígeno que utilizaba un electrolito alcalino menos corrosivo y electrodos de níquel económicos. En 1959, un cuarto de siglo después, Bacon y sus colaboradores lograron demostrar un sistema práctico de cinco kilovatios capaz de alimentar una máquina de soldar.
El primer aparato de electroforesis sofisticado se desarrolló en 1937 por Arne Tiselius, quien recibió el Premio Nobel de 1948 por su trabajo en la electroforesis de proteínas. Desarrolló el «límite móvil», que más tarde se conocería como electroforesis en zona, y lo utilizó para separar proteínas séricas en solución. La electroforesis se desarrolló ampliamente en las décadas de 1940 y 1950, cuando la técnica se aplicó a moléculas que iban desde las proteínas más grandes hasta los aminoácidos o incluso iones inorgánicos.
El profesor Wiktor Kemula desarrolló el electrodo de gota de mercurio suspendida (HMDE) a fines de la década de 1950, lo que ayudó a lanzar la química electroanalítica moderna en Varsovia. Como resultado, se publicaron cientos de artículos en las áreas de electroquímica de amalgama, pulido anódico y catódico, voltametría cíclica de sustratos inorgánicos y orgánicos, y velocidad de transferencia de electrones.
Para más información PILLARS OF MODERN ELECTROCHEMISTRY: A BRIEF HISTORY
Historia de la electroquímica
- 1. Inicios de la electroquímica
- 2. Comprendiendo la electricidad
- 3. Primeros procesos electroquímicos
- 4. La electroquímica en el descubrimiento de elementos
- 5. Electricidad, calor y resistencia
- 6. Propiedades y primeras baterías
- 7. Síntesis electrolítica
- 8. Finales del siglo XIX
- 9. Comienzos del siglo XX
- 10. Electroquímica del siglo XXI
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