Determinación de cinética química por reflectometría láser

Abstract

In this work a methodology is developed to study the rate of heterogeneous chemical reactions in aqueous electrolytes by means of changes in the optical properties of the medium. From experimental measurements of the changes in the time that the reflectance of a laser beam undergoes a glass / liquid interface, this experimental signal can be related to the speed of the chemical reactions under study, with the help of a theoretical mathematical model Which has been developed in this thesis explicitly for this purpose. In this study solid / liquid chemically active interfaces are considered, in which the solids dissolve as they react with the electrolyte, and the molecules or atoms constituent of the solid are gradually incorporated into the liquid phase. As the chemical reaction proceeds, the refractive index of the electrolyte changes continuously, a property that is used in this work to continuously measure the rate of the reaction and some related properties, such as the order and the reaction constant. The experimental methodology used in this thesis is based on the Near-Critical Angle Reflectometry (RLCAC), where a 632 nm He-Ne laser beam was used, which impinges near the critical angle (angle at which the incident beam is Fully reflected) at a glass / electrolyte interface. The reflected beam is focused on a photodetector, which transforms the light signal to an electrical signal, in a proportional way, allowing the continuous monitoring of the changes in reflectance, with the aid of a computer for capture and analysis of data.

En este trabajo se desarrolla una metodología para estudiar la velocidad de reacciones químicas heterogéneas en electrolitos acuosos por medio de los cambios en las propiedades ópticas del medio. A partir de medidas experimentales de los cambios en el tiempo que sufre la reflectancia de un haz láser en una interfase vidrio/líquido, se puede relacionar dicha señal experimental con la velocidad de las reacciones químicas bajo estudio, mediante la ayuda de un modelo matemático teórico que ha sido desarrollado en esta tesis explícitamente para tal fin. En este estudio se consideran interfaces solido/líquido químicamente activas, en las cuales los sólidos se disuelven conforme reaccionan con el electrolito, y las moléculas o átomos constituyentes del sólido se incorporan gradualmente a la fase líquida. Conforme procede la reacción química, el índice de refracción del electrolito cambia continuamente, propiedad que se usa en este trabajo para medir en continuo la velocidad de la reacción y algunas propiedades relacionadas, como son el orden y la constante de la reacción. La metodología experimental que se utiliza en esta tesis se basa en la Reflectometría Láser Cercana al Angulo Critico (RLCAC), en donde se usó un haz láser He-Ne de 632 nm que incide cerca del ángulo critico (ángulo al cual el haz incidente es totalmente reflejado) en una interfase vidrio/electrolito. El haz reflejado es enfocado sobre un fotodetector, que transforma la señal luminosa a una señal eléctrica, de forma proporcional, permitiendo así el monitoreo continuo en el tiempo de los cambios que sufre la reflectancia, con la ayuda de un ordenador para la captura y análisis de datos.