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.

Regime fluidodinamico

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

$\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:

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

mentre si ha regime turbolento nel caso in cui:

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

Trasporto di massa

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

${\frac {\partial [C]}{\partial t}}=D\,{\frac {\partial ^{2}[C]}{\partial x^{2}}}-v_{x}{\frac {\partial [C]}{\partial x}}$

dove:

• $\,[C]$ rappresenta la concentrazione di reagente, espressa in mol/m³;
• $\,t$ è il tempo, espresso in secondi;
• $\,D$ 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.

Voci correlate

• Voltammetria ad elettrodo rotante