Elettrodo a disco rotante

In elettrochimica un elettrodo a disco rotante è un particolare elettrodo di lavoro che durante lo svolgimento del metodo elettroanalitico ruota (a velocità angolare costante) rispetto all'analita. L'elettrodo a disco rotante è utilizzato nei sistemi a tre elettrodi (costituiti da: elettrodo di lavoro, elettrodo di riferimento e elettrodo ausiliario).

L'elettrodo a disco rotante è costituito da un disco di un conduttore di prima specie (in genere metallo nobile o carbonio vitreo) rivestito da un materiale polimerico (ad esempio Teflon). Tale disco viene fatto ruotare da un motore elettrico e il controllo sulla sua velocità di rotazione è particolarmente preciso.

Viene utilizzato per studi di cinetica elettrochimica in regime stazionario. Modificando la velocità di rotazione del disco è possibile modificare la velocità con cui i reagenti vengono trasportati verso l'elettrodo di lavoro e la velocità con cui i prodotti sono allontanati dall'elettrodo di lavoro.^[1]

Per un elettrodo a disco rotante il numero di Reynolds è pari a:

${\displaystyle \mathrm {R_{e}} ={\frac {r_{0}^{2}\cdot \Omega }{\nu }}\ }$

in cui:

• r₀ è il raggio del disco dell'elettrodo a disco rotante;
• Ω è la velocità angolare in rad⋅s^-1;
• ν è la viscosità cinematica dell'elettrolita (nel caso dell'acqua: 8,94⋅10^-7 m²/s).

Per un elettrodo a disco rotante si ha regime laminare nel caso in cui:

${\displaystyle \mathrm {Re} \leqslant 1,7\cdot 10^{5}}$ ;

mentre si ha regime turbolento nel caso in cui:

${\displaystyle \mathrm {Re} \geqslant 3,5\cdot 10^{5}}$.

Ad una rotazione di circa 60 Hz il regime è laminare^[1] e l'equazione di trasporto di massa è la seguente:^[1]

${\displaystyle {\frac {\partial }{\partial t}}=D\,{\frac {\partial ^{2}}{\partial x^{2}}}-v_{x}{\frac {\partial }{\partial x}}}$

dove:

• ${\displaystyle \,}$ rappresenta la concentrazione di reagente, espressa in mol/m³;
• ${\displaystyle \,t}$ è il tempo, espresso in secondi;
• ${\displaystyle \,D}$ è il coefficiente di diffusione di materia, espresso in m²/s
• x è la distanza dalla superficie dell'elettrodo.

Il primo termine dell'equazione precedente rappresenta il contributo diffusivo al trasporto di massa, mentre il secondo termine rappresenta il contributo convettivo al trasporto di massa.^[1]

• Voltammetria ad elettrodo rotante

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