Diagrama de Pourbaix, Diagrama, Utiliza



En química, un diagrama de Pourbaix, también conocido como un diagrama de potencial/pH, EH-diagrama de pH o un diagrama de PE/pH, mapas fuera posibles fases estables de un sistema electroquímico acuosa. Límites de iones predominantes están representadas por líneas. Como un diagrama de Pourbaix como se puede leer muy similar a un diagrama de fase estándar con un conjunto diferente de ejes. Pero al igual que los diagramas de fase, que no permiten la velocidad de reacción o efectos cinéticos.

Los diagramas que llevan el nombre de Marcel Pourbaix, nacido en Rusia, químico belga, que los inventó.

Diagrama

Diagramas de Pourbaix son también conocidos como diagramas de EH-pH debido al etiquetado de los dos ejes. El eje vertical está etiquetado EH para el potencial de voltaje con respecto al electrodo normal de hidrógeno como se calcula por la ecuación de Nernst. La "H" representa hidrógeno, aunque se pueden utilizar otras normas, y son para la temperatura de habitación.

El eje horizontal está etiquetado pH para el registro de la función de la actividad de los iones H .

Las líneas en el diagrama de Pourbaix muestran las condiciones de equilibrio, es decir, donde las actividades son iguales, para la especie en cada lado de esa línea. A cada lado de la línea, una forma de la especie en su lugar se puede decir que sea predominante.

Para la elaboración de la posición de las líneas con la ecuación de Nernst, la actividad de las especies químicas en el equilibrio debe ser definido. Por lo general, la actividad de una especie se aproxima como igual a la concentración o presión parcial. Los mismos valores se deben utilizar para todas las especies presentes en el sistema.

Para las especies solubles, las líneas son a menudo atraídos por la concentración de 1 M y 10-6 M. A veces líneas adicionales se dibujan para otras concentraciones.

Si el diagrama implica el equilibrio entre una especie disueltos y un gas, la presión se establece normalmente a P0 = 1 atm = 101 325 Pa, la presión mínima requerida para la evolución de gas a partir de una solución acuosa en condiciones normales.

Mientras que tales diagramas se pueden sacar para cualquier sistema químico, es importante tener en cuenta que la adición de un agente de unión de metal a menudo va a modificar el diagrama. Por ejemplo, carbonato tiene un gran efecto sobre el diagrama de uranio. La presencia de cantidades traza de ciertas especies, tales como iones cloruro también puede afectar en gran medida la estabilidad de ciertas especies mediante la destrucción de las capas de pasivación.

Además, los cambios en la temperatura y la concentración de iones en solución solvatadas se desplazará las líneas de equilibrio de acuerdo con la ecuación de Nernst.

Los diagramas también no toman en cuenta los efectos cinéticos, lo que significa que las especies se muestran como inestables no pueden reaccionar a cualquier grado significativo en la práctica.

Un diagrama simplificado de Pourbaix indica regiones de "inmunidad", "a la corrosión" y "pasividad", en lugar de las especies estables. Ellos por lo tanto dan una guía para la estabilidad de un metal en particular en un entorno específico. Inmunidad significa que el metal no es atacado, mientras que la corrosión muestra que se producirá ataque general. La pasivación se produce cuando el metal forma una capa estable de un óxido u otra sal en su superficie, el mejor ejemplo es la estabilidad relativa de aluminio a causa de la capa de alúmina formada en su superficie cuando se expone al aire.

La región de estabilidad de agua

En muchos casos, las condiciones posibles en un sistema están limitadas por la región de estabilidad de agua. En el diagrama de Pourbaix para el uranio, los límites de estabilidad del agua están marcados por las dos líneas verdes discontinuas, y la región de estabilidad para el agua cae entre estas líneas.

Bajo altamente reductoras agua se reducirá a hidrógeno de acuerdo con

o

Usando la ecuación de Nernst, la creación E0 = -0,828 V y la fugacidad de gas hidrógeno a 1, la ecuación para la línea de estabilidad inferior de agua en el diagrama de Pourbaix será

a temperatura y presión estándar. Debajo de esta línea, el agua se reduce a hidrógeno, y que no suele ser posible pasar más allá de esta línea, siempre y cuando todavía hay agua presente para ser reducido.

De la misma manera, bajo condiciones altamente oxidantes del agua se oxida a oxígeno gaseoso de acuerdo con

Usando la ecuación de Nernst que el anterior, pero con un E0 de 1.229 V, da un límite de estabilidad superior de agua a

a temperatura y presión estándar. Por encima de esta línea, el agua se oxida para formar gas oxígeno, y por lo general no sea posible pasar más allá de esta línea, siempre y cuando todavía hay agua presente para ser oxidado.

Utiliza

Diagramas de Pourbaix tienen varios usos, por ejemplo, en los estudios de la corrosión, la geología y en estudios ambientales.

En química ambiental

Diagramas de Pourbaix son ampliamente utilizados para describir el comportamiento químico de las especies químicas en la hidrosfera. En estos casos, el PE se utiliza en lugar de la EH. PE es un número adimensional y puede ser fácilmente relacionada con EH por la ecuación

valores de la educación física en química ambiental rangos -12 a 25, ya que en el agua bajo o alto potencial se reducirá o se oxida, respectivamente. En aplicaciones ambientales, la concentración de las especies disueltas normalmente se establece a un valor entre 10-2 M y 10-5 M para la creación de las líneas de equilibrio.