Potenciostato

Um potenciostato (figura 1) é um dispositivo eletrônico que controla a diferença de potencial elétrico entre o eletrodo de trabalho e o eletrodo de referência presentes em uma célula eletroquímica (figura 2). Ao realizar este controle, o potenciostato atua como um catalisador ou inibidor de reações eletroquímicas, ou seja, com um equipamento destes é possível controlar, através do potencial elétrico, estas reações.

Figura 1: Fotografia de um Potenciostato/Galvanostato comercial.

Figura 2: Célula eletroquímica de três eletrodos.

Figura 3: Potenciostato Portátil.

História

O termo potenciostato foi introduzindo por A. Hickling em 1942 quando desenvolveu o primeiro circuito elétrico para controlar a diferença de potencial da, também desenvolvida por ele, célula eletroquímica de três eletrodos. Desde então, os potenciostatos se tornaram a base da eletroquímica e várias técnicas foram desenvolvidas em torno destes equipamentos com o passar dos anos. Apesar de o conceito permanecer o mesmo, os circuitos dos potenciostatos foram modificados com o tempo, principalmente após popularização dos amplificadores operacionais transistorizados, na década de 1960.

Funcionamento

Para controlar reações eletroquímicas o potenciostato deve controlar o potencial elétrico do eletrodo de trabalho (ver Figura 3) em relação ao eletrodo de referência. O equipamento mantém o potencial estável controlando a corrente elétrica que circula através da célula eletroquímica, entre o eletrodo de trabalho e um eletrodo auxiliar, conhecido como contra eletrodo. Esta corrente elétrica é medida e armazenada no computador a fim de se estudar o seu comportamento em relação, por exemplo, à variação do potencial ou com o passar do tempo.

Figura 3: Detalhe da célula eletroquímica.

Há outro modo de operação do equipamento chamado galvanostato, onde, ao invés do controle do potencial, o equipamento controla a corrente que passa pela célula eletroquímica e mede a diferença de potencial entre o eletrodo de trabalho e a referência.

O principio de funcionamento do Potenciostato é baseado num componente eletrônico muito conhecido chamado amplificador operacional ou OpAmp. Um amplificador operacional típico possui duas entradas e uma saída, onde o valor de potencial elétrico na saída é igual à diferença de potencial das suas entradas multiplicado pelo ganho de malha aberta do OpAmp que é muito grande, em geral maior que $10^{6}$ vezes (figura 4). O valor de potencial que se deseja aplicar à célula eletroquímica deve ser aplicado à entrada não inversora ($V_{+}$) do OpAmp. Desta forma, se o potencial elétrico da célula eletroquímica, medido entre a referência e o eletrodo de trabalho e ligado à entrada inversora do OpAmp ($V_{-}$), for diferente do potencial desejado, esta diferença será bastante amplificada e será aplicada ao contra eletrodo, que está ligado à saída $V_{0}$ do Amplificador Operacional. Esta grande diferença de potencial entre o eletrodo de trabalho e o contra eletrodo irá provocar uma corrente elétrica e de íons entre eles, alterarando a diferença de potencial entre o eletrodo de trabalho e a referência até que esta fique igual à desejada.

Figura 4: Esquema eletrônico simplificado de um potenciostato.

Como a saída $V_{0}$ do Amplificador Operacional é a seguinte:

$V_{0}=A*(V_{+}-V_{-})$

onde A é o ganho do amplificador.

Como $V_{0}$ está ligado ao contra eletrodo ($V_{CE}$), $V_{+}$ é o potencial que se deseja aplicar ($V_{aplicado}$) e $V_{-}$ é o potencial entre a referência e o eletrodo de trabalho ($V_{Ref/ET}$) temos:

$V_{CE}=A*(V_{aplicado}-V_{Ref/ET})$

ou

$V_{aplicado}-V_{Ref/ET}={\frac {V_{CE}}{A}}$

Como A é muito grande, $V_{CE}$ / A é aproximadamente zero, temos:

$V_{aplicado}-V_{Ref/ET}\quad \approx 0$

ou

$V_{aplicado}\quad \approx V_{Ref/ET}$

Desta forma, o potenciostato consegue manter a diferença de potencial entre o eletrodo de trabalho e a referência igual à diferença de potencial desejada.

Potenciostatos modernos conseguem manter potenciais com precisão de décimos de mili volt e medir correntes de dezenas de fento ampère. Além de manter potenciais em valores fixos, os equipamentos modernos também oferecem a possibilidade de gerar rampas (variações lineares) ou pulsos de potencial.

Ver também

• Eletroquímica
• Célula Eletroquímica
• Impedância eletroquímica

Ligações externas

• Omnimetra Instrumentos - Fabricante brasileiro de Potenciostatos/Galvanostatos.
• LabSolutions - Soluções Inovadoras para Pesquisa - Especialistas em Eletroquímica
• Microquimica Equipamentos Ltda
• Portal o Químico - contextualizando a química
• Metrohm Pensalab