En esta página encontrarás apuntes sobre que es la electrólisis, cómo funciona, cuáles son sus fundamentos además de las aplicaciones industriales que tiene. Si quieres convertirte en un experto, quédate hasta el final.
Índice
¿Qué es la electrólisis?
La definición literal de electrólisis es ruptura por medio de la acción de la electricidad pero, ¿qué es la electrólisis en química?
Respuesta corta: La electrólisis es la descomposición de una sustancia mediante la aplicación de electricidad.
Respuesta larga: La electrólisis es un proceso redox en el que se descompone una sustancia (electrolito) mediante la aplicación de una diferencia de potencial. Para que sea posible también necesitamos una solución salina, un ánodo (polo positivo) y un cátodo (polo negativo).
¿Cómo funciona?
Para comprender en su totalidad como funciona la electrólisis, antes tenemos que conocer cada uno de los elementos implicados en esta reacción:
Electrolito: Es la sustancia a descomponer, normalmente una disolución salina aunque también pueden ser sales puras o álcalis fundidos. Está formado por iones positivos y negativos, que durante la reacción migran al ánodo o el cátodo dependiendo de la carga del ion.
Ánodo: Es el polo positivo y por donde entra la electricidad en la celda electrolítica. En él se da una semirreacción de oxidación.
Aniones: son los iones con carga negativa y durante la reacción son los que migran hacía el polo positivo.
Cátodo: Es el polo negativo y por donde sale la electricidad de la celda. En él se da una semirreacción de reducción.
Cationes: son los iones con carga positiva y durante la reacción son los que migran hacía el polo negativo.
Batería: Es la encargada de suministrar la corriente eléctrica necesaria para que se dé la migración de los iones hacia el cátodo o el ánodo.
Celda electrolítica: Es el conjunto de todos los elementos.
El fundamento básico de una celda electrolítica es el paso de una corriente (que podemos cuantificar gracias a la ecuación de Nernst) a través de un electrolito: la corriente eléctrica sale desde el polo positivo de la batería y entra en la solución por ánodo, viaja a través del electrolito, hasta llegar por el cátodo.
El electrolito en la celda se encuentra disociado en sus iones positivos y negativos. Es decir, imaginemos como electrolito un compuesto salino, por ejemplo, la sal común (NaCl): cuando esta se encuentra en estado sólido, los elementos que la componen (Na+ y Cl–) se encuentran unidos y con sus cargas compensadas, pero cuando lo tenemos en la celda se encuentra disueltos y disociados en cationes (Na+) y aniones (Cl–).
Los iones del electrolito, mediante su movimiento en la celda electrolítica, son los responsables de conducir la corriente eléctrica desde el ánodo hasta el cátodo.
Durante el paso de la corriente eléctrica, los iones con carga negativa son atraídos hacía el ánodo con la intención de oxidarse (aumentar su número de valencia), para el ejemplo del NaCl, serían los aniones de cloro los que migrarían al ánodo para dar la reacción:
Del mismo modo, los cationes son atraídos hacía el cátodo con la intención de reducirse (bajar su número de valencia). En nuestro ejemplo la reacción sería:
Nota importante: Hemos elegido este ejemplo por la facilidad de comprensión que tiene para la explicación pero, para que se dé esta reacción de reducción, el electrolito debe ser la sal fundida de NaCl, que debido al elevado potencial de reducción que presenta el sodio, en una disolución acuosa, se reduciría antes el agua provocando que en el cátodo se produjera NaOH, en lugar de Na.
¿Cómo se lleva a cabo?
La verdad sobre la electrólisis es que se descubrió de manera accidental mientras se hacia un estudio sobre baterías, pero fue el científico Michael Faraday quien en 1834 publicó lo que se conoce como las leyes de la electrólisis o leyes de Faraday, las cuales explican los principios de la electrólisis.
Primera Ley de Faraday
En está ley se enuncia que existe una relación directa entre la masa de la sustancia que se deposita en el electrodo (M), el tiempo que se deja transcurrir la reacción (t) y la intensidad de corriente eléctrica que circula por la celda (I). Esto se resumen en la fórmula:
La (k) que aparece en la ecuación es una constante que hace referencia a las condiciones propias de la sustancia.
Segunda Ley de Faraday
Esta segunda ley hace mención a que la masa depositada de un elemento en un electrodo es proporcional a su peso equivalente (masa atómica dividida entre su número de oxidación).
masa depositada = k · masa atómica / nº oxidación
Constante de Faraday
Cuando se supuso que debía haber una relación entre la unidad internacional de medida de cantidad de electricidad (Culombio) y la unidad elemental de electricidad (el electrón), numerosos científicos de la época se lanzaron a intentar averiguarlo, sin embargo, fue Faraday de nuevo quien descubrió la relación, encontró que: 1 mol de electrones = 96485 culombios.
Desde entonces, a esta cantidad de electricidad, es decir, 6,022×1023 electrones, se la denominó un Faraday (F) y se define como la cantidad de carga eléctrica en un mol de electrones.
¿Por qué es importante la electrolisis?
El descubrimiento de la electrólisis fue un gran logro y supuso un gran salto para algunas industrias ya que, por ejemplo, es hasta el momento la base de los procesos de obtención de numerosos metales, tales como los alcalinos, alcalinotérreos, el zinc, cobre y el que supuso el salto más importante: el aluminio.
También se usa industrialmente esta técnica para la producción en grandes volúmenes de hidróxidos alcalinos y cloro.
Otros usos interesantes de la electrólisis son la decoración y protección de superficies, por ejemplo, se usa como recubrimiento de metales para hacerlos resistentes al desgaste, la erosión y la corrosión.
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