Potencial d'unió líquida

Potencial d'unió líquida en la interfase entre dos dissolució de diferent concentració: Els aniones clorur (Cl^-) es mouen més ràpidament que els cationes sodi (Na⁺). Aixina, en difondre a través d'una membrana, apareix una doble capa elèctrica en una diferència de potencial.

El potencial d'unió líquida es produïx quan dos dissolució de diferents concentracions estan en contacte entre sí a través d'una membrana semipermeable. S'origina en l'interfase una diferència de potencial cridada potencial d'unió. És molt menuda, de l'orde d'uns pocs milivoltios. La dissolució més concentrada tindrà una tendència a migrar cap a la relativament menys concentrada i si els ions no difonen a igual velocitat es produirà una diferència de potencial.

Causa del potencial d'unió

La movilitat o taxa de difusió de cada ion en la dissolució serà més o menys proporcional a la seua velocitat en un camp elèctric. Si l'anión difon més ràpidament que el catión, es difondrà per davant en la solució diluïda deixant-la negativament carregada, i la solució més concentrada en càrrega positiva. Per tant, una doble capa elèctrica de càrregues positives i negatives es produiran en l'unió de les dos dissolució. Aixina, en el punt d'unió, es desenrollarà una diferència de potencial a causa de la transferència iònica. Este potencial es diu potencial d'unió líquida o potencial de difusió. La magnitut del potencial depén de les velocitats relatives dels ions.

Este potencial és responsable del potencial de membrana que apareix entre les dos cares d'una membrana semipermeable, com la membrana celular i que és responsable, entre atres fenomens, de la transmissió del impuls nerviós.

Movilitat dels ions, a 25ºC

Ion	Movilitat [m²/(s·V)]
H+	36,30·10-8
K+	7,62·10-8
NH4+	7,61·10-8
Na+	5,19·10-8
OH-	20,50·10-8
Cl-	7,91·10-8
NO3-	7,40·10-8
HCO3-	4,61·10-8

Càlcul del potencial d'unió líquida

El potencial d'unió líquida no pot medir-se directament, sino que ha de ser calculat. La força electromotriz (fem) d'una pila de concentració en transferència o transport de ions inclou el potencial d'unió líquida. Per a una unió líquida entre dissolució que contenen varis ions ($i=1,2,\mathrm{...},n$), l'expressió general per al potencial d'unió (${ℰ}_j$) és:

${ℰ}_j=-\frac{RT}{F}\sum _{i=1}^n\underset{\alpha }{\overset{\beta }{\int }}\frac{t_i}{z_i}\mathrm{d}\ln (a_i)$

a on:

• $R$ és la constant de gasos.
• $T$ és la temperatura.
• $F$ és la constant de Faraday.

• $\alpha$ i $\beta$ són els extrems de l'unió líquida.
• $t_i$ és l'número del ion $i$.
• $z_i$ és la valència del ion $i$.
• $a_i$ és l'activitat del ion $i$.

El potencial d'unió sense transport és:

I_{sense transport} = RT/F · Ln(a₂/a₁)

a on a₁ i a 2 són les activitats de HCl en les dos dissolució. R és la constant dels gasos ideals (8,31 J/K·mol); T és la temperatura absoluta (en kelvin); F és la constant de Faraday (96.496 C)

I_{en transport} = RT/F · Ln(a₂/a₁)

a on a₁ i a 2 són les activitats de HCl en els electrodos d'un costat i un atre de la membrana, respectivament, t₊ l'número per a l'H⁺ i t_- és l'número del ion Cl^-.

Potencial d'unió líquida (I) = I_{en transport} - I_{sense transport} = (t₊ – t_-) · RT/F · Ln(a₂/a₁)

Potencials d'unió líquida, a 25ºC

Dissolució 1	Dissolució 2	Potencial (mV)
NaCl 0,1 M	KCl 0,1 M	-6,4
NaCl 0,1 M	KCl 3,5 M	-0,2
NaCl 1,0 M	KCl 3,5 M	-1,9
HCl 0,1 M	KCl 0,1 M	+27,0
HCl 0,1 M	KCl 3,5 M	+3,1