La electrólisis es un proceso físico-químico artificial que utiliza una corriente eléctrica, siendo ampliamente utilizado en aplicaciones industriales.
La electrólisis es un proceso físico-químico que necesita algún tipo de energía eléctrica para generar una reacción química. Es decir, estamos hablando de una reacción química artificial, provocada por una corriente eléctrica, que puede ser una batería, por ejemplo.
Por tanto, la electrólisis es un proceso completamente inverso a lo que ocurre en las pilas , que a su vez es espontáneo. Por tanto, en la electrólisis, para que se produzca una reacción redox, un generador debe suministrar la corriente eléctrica necesaria para que se produzca el proceso.
Así que hoy vamos a aprender un poco más sobre la electrólisis. Verificar.
Cómo ocurre la electrólisis
En primer lugar, para que se produzca la electrólisis, es imprescindible una fuente de energía externa. Eso es porque no estamos hablando de una reacción química espontánea. En este sentido, las fuentes de energía pueden ser pilas, baterías o generadores.
Por lo tanto, es esta fuente de energía la que hará funcionar los electrodos, ya que son indispensables para el proceso de electrólisis. Los electrodos suelen estar hechos de grafito o platino. Son estos materiales los que actúan como conductores eléctricos de las ondas que serán enviadas a través de los cables conectados a las fuentes de energía. Así, el grafito, a pesar de ser un no metal, es un excelente conductor de energía.
Los electrodos, a su vez, están compuestos por algún tipo de energía, una positiva y otra negativa. La energía positiva se llama ánodo o polo positivo y la energía negativa cátodo o polo positivo. Por lo tanto, al ser colocados en la tina electrolítica (recipiente donde se lleva a cabo el proceso de electrólisis), los materiales son jalados por los electrodos de acuerdo a su carga. Es decir, lo positivo atrae a lo negativo y viceversa.
Entonces, primero son los compuestos de energía positiva los que atraen al electrodo negativo, retirando así los electrones. Los electrones a su vez son enviados al otro electrodo, donde la carga positiva atrae los compuestos de energía negativa. Finalmente, genera el flujo de corriente de electricidad.
Sin embargo, es importante recalcar que existen dos tipos de electrólisis. Estos son la electrólisis ígnea y la electrólisis acuosa. Explica mejor en qué consiste cada uno de ellos a continuación:
Electrólisis Ígnea
En primer lugar, la electrólisis ígnea, que es la que se produce a partir de un electrolito fundido, es decir, que ya ha pasado por el proceso de fusión .
La electrólisis ígnea es ampliamente utilizada a diario, principalmente en la producción de metales. Por lo tanto, vea el ejemplo de electrólisis de NaCl (cloruro de sodio – sal de mesa), con la producción de sodio metálico y cloro gaseoso:
- Semirreacción en el cátodo: Na ++ y – → Na . (dos)
- Semirreacción en el ánodo: 2 Cl – → Cl 2 + 2e –
- Reacción global: 2 Na + + 2 Cl – → 2 Na + Cl 2
Por lo tanto, cuando la corriente eléctrica pasa a través de la celda electrolítica, los cationes Na + son atraídos hacia el polo negativo. Al mismo tiempo, los aniones Cl – , son atraídos hacia el polo positivo. Así, en el caso del Na + se produce una reacción de reducción, mientras que en el caso del Cl- se produce una reacción de oxidación .
Electrólisis acuosa
En el acuoso, el disolvente ionizante utilizado es el agua. Así, en solución acuosa, la electrólisis se puede realizar con electrodos invertidos o electrodos activos (o reactivos).
Electrodos inertes
Entonces, en la electrólisis acuosa, el agua en solución se ioniza de acuerdo con la ecuación:
H 2 O ↔ H + + OH –
Con la disociación de NaCl tenemos:
NaCl → Na + + Cl –
Por lo tanto, los cationes H + y Na + pueden descargarse en el polo negativo, mientras que los aniones OH – y Cl – pueden descargarse en el polo positivo.
Sin embargo, en los cationes tiene lugar una reacción de reducción y en los aniones una reacción de oxidación.
Así, tenemos la siguiente reacción de electrólisis:
2 NaCl + 2 H 2 O → 2 Na + + 2 OH – + H 2 + Cl 2
Finalmente, podemos concluir que las moléculas de NaOH permanecen en solución, mientras que el H 2 se libera en el polo negativo y el Cl 2 en el polo positivo.
Este proceso dará como resultado la ecuación equivalente:
2 NaCl + 2 H 2 O → 2 NaOH + H 2 + Cl 2
Electrodos Activos
En este caso, los electrodos activos participan en la electrólisis, sin embargo, sufren corrosión.
Por ejemplo, tenemos la electrólisis en solución acuosa de sulfato de cobre (CuSO 4 ):
CuSO 4 → Cu 2 + SO 2- 4 H 2 O → H + + OH –
Por lo tanto, el ánodo de cobre se corroerá:
Cu 0 → Cu 2+ + 2e –
Esto sucede porque, de acuerdo con los potenciales estándar de los electrodos, es más probable que la corriente eléctrica quite electrones del Cu 0 que del SO 2- 4 o del OH – .
De acuerdo con el proceso hasta ahora, la siguiente reacción de electrólisis tiene lugar en el polo negativo:
2e – + Cu 2+ → Cu
Sin embargo, en el polo positivo tenemos la reacción de electrólisis:
Cu → Cu 2+ +2e –
Sin embargo, cuando sumamos las dos ecuaciones de electrólisis obtenemos cero como resultado.
Leyes de la reacción química.
Las leyes de la electrólisis fueron definidas por Michael Faraday, un químico físico inglés, en 1834. Según la primera ley de la electrólisis, la masa de cualquier elemento electrolizado es directamente proporcional a la fracción de carga que pasa por el sistema. Por lo tanto, si se duplica la carga eléctrica que pasa a través de la solución, la masa de la sustancia también se duplica.
Entonces: Q = yo. t, donde:
- Q: carga eléctrica (C);
- i: intensidad de corriente eléctrica (A);
- t: intervalo de tiempo para el paso de la corriente eléctrica (s).
La segunda ley de la electrólisis establece que, para la misma cantidad de carga eléctrica, las masas de sustancias químicas electrolizadas en cualquier electrodo son directamente proporcionales a sus equivalentes químicos.
Así: M = K . Y donde:
- M: masa de la sustancia;
- K: constante de proporcionalidad;
- E: equivalente gramo de la sustancia.
Fuente: La mente es maravillosa
Aplicaciones de la Electrólisis
En cuanto a sus aplicaciones, este proceso es de uso común en la industria, ya que es a través de él que es posible aislar algunas sustancias fundamentales para muchos procesos productivos. Y más que eso, también es un proceso que purifica y protege (recubre) varios metales.
Por lo tanto, muchos materiales y compuestos químicos comunes se producen a partir del proceso de electrólisis. Echa un vistazo a algunos de ellos:
- Aluminio y cobre;
- Hidrógeno y cloro en cilindro;
- Joyería (proceso de galvanización);
- Olla a presión;
- Rueda de magnesio (tapacubos de coche).
Fuente: ResearchGate
Ejercicios
Ejercicio 1
(UFRGS-RS) En el cátodo de una celda de electrólisis siempre ocurre:
a) Deposición de metales.
b) Una semireacción de reducción.
c) Producción de corriente eléctrica.
d) Liberación de gas hidrógeno.
e) Corrosión química.
Respuesta: letra B
Ejercicio 2
(Vunesp) “ Piscina sin Química ” es una publicidad que involucra el tratamiento del agua. Se sabe, sin embargo, que el tratamiento consiste en añadir cloruro de sodio al agua y hacer pasar esta agua a través de un recipiente equipado con electrodos de cobre y platino conectados a una batería de automóvil de plomo.
a) Por lo tanto, con base en esta información, discuta si el mensaje del anuncio es correcto.
b) Considerando los electrodos inertes, escribe las ecuaciones de las reacciones involucradas que justifiquen la respuesta anterior.
Respuesta:
a) El mensaje del anuncio no es correcto ya que se formarán productos químicos.
b) 2 NaCl + 2H 2 O → 2 NaOH + H 2 + Cl 2 (reacción que forma cloro, útil en el tratamiento del agua de piscinas)
2 NaOH + Cl 2 → NaCl + NaClO + H 2 O (reacción que forma NaClO, un fuerte bactericida).
Ejercicio 3
(FEI-SP) Dos estudiantes de Química realizaron electrólisis de BaCl 2 ; el primero acuoso y el segundo ígneo. Por tanto, en cuanto al resultado, podemos decir que ambos obtuvieron:
a) H 2 y O 2 en los ánodos.
b) H 2 y Ba en los ánodos.
c) Cl 2 y Ba en los electrodos.
d) H 2 en los cátodos.
e) Cl 2 en los ánodos.
Respuesta: Opción E
Finalmente, ahora que ha aprendido todo sobre esta reacción química, ¿qué le parecería aprender también sobre la Ley de Faraday?