Cinemática do modelo eletromecânico na espectroscopia de impedância : dinâmica, mobilidade e difusão

Abstract

Resumo: Na literatura, diversos modelos são empregados para interpretar os dados experimentais de espectroscopia de impedância em fluidos iônicos, sendo um deles o modelo do oscilador harmônico amortecido e forçado com viscosidade complexa. Esse modelo eletromecânico incorpora elementos destinados a descrever o comportamento de uma partícula carregada em um fluido iônico, oscilando em proximidade à superfície do eletrodo, incluindo parâmetros como massa da partícula, constantes elásticas de superfície e de interação com o volume, além do coeficiente de amortecimento complexo. A construção desse modelo possibilita a obtenção de uma equação que descreve o deslocamento da partícula carregada ao longo do tempo, assim como a velocidade associada a essa oscilação. Com base na amplitude do deslocamento e da velocidade, é possível estabelecer relações teóricas entre esses parâmetros e propriedades das soluções iônicas, como mobilidade e difusão. O comportamento dessas propriedades, teoricamente descrito pelos parâmetros ajustados do modelo eletromecânico, é apresentado em função da frequência de oscilação da partícula, utilizando dados experimentais de espectroscopia de impedância em solução de cloreto de potássio. Essas propriedades, delineadas pelo modelo eletromecânico, manifestam dependência em relação à frequência de oscilação da partícula.

Abstract: In the literature, various models are employed in the interpretation of experimental impedance spectroscopy data for ionic fluids. One such model is the damped and forced harmonic oscillator with complex viscosity. This electromechanical model includes elements aimed at describing the behavior of a particle in an ionic fluid oscillating near the electrode surface, such as the particle's mass, surface elastic constant, interaction elastic constant with the volume, and complex damping coefficient. Constructing this model allows deriving the equation that describes the displacement of the charged particle as a function of time, as well as the velocity of this oscillating particle. Based on the displacement and velocity amplitudes of this particle, it is possible to relate certain properties of the solutions that the ions are subjected to, such as mobility and diffusion, for example. The behavior of these properties is theoretically presented through parameters obtained from fitting the electromechanical model to experimental impedance spectroscopy data for a potassium chloride solution. These properties described by the electromechanical model exhibit a dependence on the oscillation frequency of the particle.