Capa de difusión

En electroquímica , la capa de difusión , según la IUPAC , se define como la "región en las proximidades de un electrodo donde las concentraciones son diferentes de su valor en la solución a granel. La definición del espesor de la capa de difusión es arbitraria porque la concentración se aproxima asintóticamente al valor en la solución a granel". ^{[ 1 ]} La capa de difusión depende, por lo tanto, del coeficiente de difusión ( D ) del analito y, para mediciones voltamétricas , de la velocidad de barrido (V/s). Generalmente se considera que es algún múltiplo de${\displaystyle {\sqrt {Dt}}}$(dónde${\displaystyle {\tfrac {1}{t}}}$= frecuencia de escaneo).

El valor es físicamente relevante ya que la concentración de soluto varía según la expresión derivada de las leyes de Fick :

${\displaystyle {\frac {c}{c*}}=\operatorname {erf} \left({\frac {x}{2{\sqrt {Dt}}}}\right)}$

donde erf es la función de error . Cuando${\displaystyle x={\sqrt {Dt}},}$La concentración es aproximadamente el 52% de la concentración total:

${\displaystyle \operatorname {erf} (1/2)=0.520499878\dots }$

A velocidades de escaneo lentas, la capa de difusión es grande, del orden de micrómetros , mientras que a velocidades de escaneo rápidas la capa de difusión tiene un espesor de nanómetros. Esta relación se describe en parte mediante la ecuación de Cottrell . ^{[ 2 ]}

En lo que respecta a la voltametría cíclica , la capa de difusión tiene un volumen insignificante en comparación con el volumen de la solución principal. Por esta razón, los experimentos de voltametría cíclica cuentan con un suministro inagotable de analito fresco.

La capa de difusión no debe confundirse con la capa difusa , de nombre similar , que generalmente es mucho más delgada y también existe incluso en equilibrio. La capa difusa surge de la electrostática y su espesor está determinado por la longitud de Debye , mientras que la capa de difusión surge de flujos de solutos impulsados ​​(fuera del equilibrio) y su espesor está determinado por la difusión (como se mencionó anteriormente) o la convección.