Self-Organization Phenomena During Electrodeposition of Ag-In Alloys

Daniel A. López Sauri

Ingeniero Químico en Procesos, 2004-2008, IT Mérida

Maestría en Ciencias en Fisicoquímica, 2011, CINVESTAV, Unidad Mérida

dlopez@mda.cinvestav.mx

A nuestro alrededor es fácil encontrar evidencia del comportamiento químico no lineal, más notable en fenómenos periódicos en organismos vivos: los cambios estacionales en los colores de las hojas, los ritmos como el latir del corazón o el ciclo menstrual, la formación de patrones en sistemas biológicos y también en ciertos sistemas geológicos. Las primeras observaciones sistemáticas de comportamiento periódico en un sistema químico inorgánico, fueron hechas en los principios del siglo XVII,  asociada con la luminiscencia de la  oxidación de fósforo blanco y existen notas dispersas en la literatura en los siguientes 250 años.Un oscilador químico es fundamentalmente diferente del péndulo físico, debido a que cuando una reacción química oscila, nunca pasa por su punto de equilibrio. Por lo tanto, las oscilaciones químicas son fenómenos lejos del equilibrio. Las leyes físicas se manifiestan también en los seres vivos como promotores de patrones y formas.  En los últimos años, el estudio de sistemas físicos y químicos sujetos a condiciones externas de no-equilibrio, ha mostrado cómo un conjunto de elementos microscópicos interactuantes pueden dar lugar a fenómenos emergentes a nivel macroscópico, de carácter colectivo. La manifestación característica de estos fenómenos es la aparición espontánea de alguna clase de inhomogeneidad macroscópica espacial y/o temporal en las variables relevantes a la descripción (auto-organización). La formulación más común de auto-organización es la espontánea formación de estructuras espaciales, temporales y estructuras espacio-temporales en un sistema sin ser guiado por ningún agente externo. Ejemplos de tales procesos de auto-organización son la formación espontánea de zonas de diferentes concentraciones de las moléculas involucradas en una reacción química, o la aparición de vórtices u otras estructuras coherentes en fluidos. La posibilidad de permanecer continuamente alejados del equilibrio, en lugar de tender irremediablemente hacia él, se debe a que los sistemas capaces de auto-organizarse (sean físicos, químicos o biológicos) son sistemas abiertos al intercambio de energía con el medio circundante. Estructuras espacio-temporales pueden ser observadas sobre la superficie del electrodo durante el electrodepósito de algunas aleaciones y son bien distinguibles a simple vista. La formación de patrones –ondas-blanco y espirales- durante el electrodepósito de la aleación de plata-indio ha sido observada por primera vez en 1938 por E. Raub y A. Schall. Este fenómeno fue redescubierto casi 65 años después por Iván Krastev. El procedimiento y la preparación de un electrolito estable para la deposición de la aleación Ag-In ha sido propuesta y establecida. De igual manera se ha estudiado y establecido que las diferentes estructuras consisten en diferentes fases de la aleación. Las condiciones experimentales en diversos sistemas electroquímicos pueden ser reversibles y rápidamente cambiadas. Esta es la razón por la que estos sistemas podrían ser usados como modelos en las investigaciones del fenómeno de auto-organización. En el caso del electrodepósito de aleaciones, el fenómeno de auto-organización está conectado con la formación espontánea de estructuras temporales, orden espacial y estructuras espacio-temporales. Las oscilaciones en sistemas electroquímicos son fenómenos muy extendidos, incluso durante procesos anódicos. En el presente trabajo se investigaron los fenómenos oscilatorios y de auto-organización que se presentan en la reacción de Belousov-Zhabotinsky, así como en los procesos electroquímicos durante el electrodepósito de aleaciones de Ag-In. Los datos obtenidos se analizaron para establecer una relación entre los fenómenos observados en la reacción de BZ y el electrodepósito de metales, para comprender de manera más específica estos últimos. Los fenómenos de auto-organización en procesos de electrodepósito de metales y aleaciones aún no son del todo entendidos, debido a la gran variedad de variables involucradas en los procesos.

a)                                     (b)

Figura. Comparación de los patrones observados durante la reacción de Belousov-Zhabotinsky (a); y los patrones obtenidos durante el electrodepósito de la aleación Ag-In (b).

Estos son los links donde pueden localizar la información, pero hay que registrase en la página de la The Electrochemistry Society. De todas maneras les mando el documento en pdf  por cualquier cosa.

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Self-Organization Phenomena During Electrodeposition of Ag-In Alloys  

Daniel A. López Sauri, Tsvetina Dobrovolska, Lucien Veleva, Manuel A. Estrella-Gutiérrez, and Ivan Krastev

ECS Trans. 36 (1), 239 (2011)  Full Text: [   PDF (352 kB)  ]   Order Document

ABSTRACT

In situ potentiostatic and galvanostatic investigations on the pattern formation depending on the electrolysis conditions during electrodeposition of silver-indium alloys were done. Cyclic voltammetry of silver, indium and silver-indium alloy were performed in parallel with electrochemical measurements. Spacio-temporal structures were observed during electrodeposition of silver-indium alloys in the following sequence: appearance of spots, targets and spirals 5-10 minutes after beginning of the electrolysis. The investigations were possible because of the colorless electrolyte and the large scale of the observed structures.

Keywords: Cyclic Voltammetry, Electrodeposition of Alloys, Silver-Indium, Self-organization Phenomena.