¿Qué es la electrólisis?
¿Qué crees que pasaría si hicieras pasar una corriente eléctrica por un vaso de agua? Si lo configura correctamente, es posible que vea burbujas de gas subiendo a la superficie. ¿Qué sucede dentro del agua para hacer las burbujas? Es un proceso llamado electrólisis que usa electricidad para separar compuestos químicos. Dentro del vaso de agua, las moléculas de agua se dividen para producir gas hidrógeno y oxígeno, que burbujea hacia la superficie. La palabra electrólisis proviene del griego lisis, que significa ‘disolver’ o ‘romper’.
Aunque el agua burbujeante se ve bastante fría, la electrólisis puede hacer mucho más que hacer burbujas de agua. Se puede usar para crear oxígeno para los astronautas en la estación espacial, extraer metales puros de compuestos metálicos e incluso hacer monedas de un centavo.
Células electrolíticas y reacciones de oxidación-reducción
Los dispositivos especialmente diseñados llamados celdas electrolíticas se utilizan para realizar la electrólisis. Una celda electrolítica contiene dos electrodos y una solución con iones disueltos, llamada electrolito . También necesita una fuente de energía eléctrica, como una batería. La electrólisis no se producirá de forma espontánea y siempre requiere electricidad. Cuando los electrodos están conectados a una batería (u otra fuente de energía eléctrica), uno se carga positivamente y el otro se carga negativamente. Estos electrodos cargados pueden entonces reaccionar con los iones del electrolito.
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El tipo de reacción química que ocurre en una celda electrolítica se llama reacción de oxidación-reducción. El electrodo cargado negativamente, conocido como cátodo , reduce los iones positivos al agregarles electrones, creando átomos neutros. Al mismo tiempo, el ánodo cargado positivamente oxida los iones negativos para producir más electrones libres. Estas dos semirreacciones generan nuevos productos químicos y también completan el circuito con la batería para mantener la corriente fluyendo a través de la celda.
Mitad de oxidación de la reacción: X – → X + e –
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Mitad de reducción de la reacción: Y + + e – → Y
Electrólisis del agua
Para comprender el proceso de electrólisis, veamos primero uno de los procesos electrolíticos más comunes y simples, la electrólisis del agua. En este proceso, las moléculas de agua (H 2 O) se dividen para producir gas hidrógeno (H 2 ) y oxígeno (O 2 ).
Para realizar una electrólisis de agua, necesita una celda electrolítica con dos electrodos dentro de una solución de agua con electrolitos. Aunque las moléculas de agua se disocian en iones de hidrógeno (H + ) e hidróxido (OH – ), el agua pura no conduce la electricidad muy bien, por lo que es necesario agregar algunos iones adicionales para que la electrólisis sea factible.
Una vez que conecte los electrodos a una batería, los iones H + se reducirán en el cátodo para producir gas hidrógeno y las moléculas de agua se oxidarán en el ánodo. El resultado de esta reacción de oxidación-reducción es la producción de gas oxígeno e hidrógeno.
Reacción de reducción: 2H + + 2e – → H 2
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Reacción de oxidación: 2 H 2 O → O 2 + 4 H + + 4 e –
Resultado global de la reacción: 2 H 2 O → 2 H 2 + O 2
¿Por qué querría realizar la electrólisis del agua? El hidrógeno se utiliza en muchas aplicaciones industriales, incluida la producción de pilas de combustible de hidrógeno, y esta es una forma relativamente fácil de producirlo. También es una buena forma de producir oxígeno, especialmente en situaciones en las que transportar grandes cantidades de gas oxígeno no es tan factible, como en la Estación Espacial Internacional. El oxígeno que respiran los astronautas mientras están en la estación espacial es creado por electrólisis del agua.
Electrólisis de compuestos metálicos
La electrólisis también se usa comúnmente para extraer metales puros de compuestos metálicos. Por ejemplo, puede obtener sodio metálico a partir del cloruro de sodio (más conocido como sal de mesa) mediante electrólisis. Para extraer sodio metálico, primero debe derretir el cloruro de sodio y luego colocar dos electrodos en la sal derretida. Debe fundirse para que los iones puedan moverse libremente. Los iones de sodio (Na + ) son atraídos al cátodo cargado negativamente, donde se combinan con los electrones para producir sodio metálico, que precipita sobre el electrodo. En el ánodo, los iones de cloro (Cl – ) se oxidan para producir electrones libres y gas de cloro (Cl 2 ).
2NaCl → 2Na + Cl 2
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Se puede utilizar un proceso similar para extraer muchos tipos diferentes de metales a partir de compuestos naturales.
Galvanoplastia
La electrólisis también se puede utilizar para recubrir objetos metálicos con una capa delgada de otro metal, un proceso llamado galvanoplastia . Para galvanizar un metal con otro, necesita dos electrodos metálicos. El metal del ánodo se oxidará, lo que hará que se disuelva en iones metálicos en la solución. Luego, esos iones se depositarán sobre el metal del cátodo en una capa delgada y uniforme.
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La galvanoplastia se utiliza en la producción de monedas de un centavo, que están hechas principalmente de zinc, con una fina capa de cobre galvanizado en la parte superior. También se usa comúnmente para recubrir partes de automóviles y electrodomésticos con cromo para aumentar su resistencia a la corrosión, y para recubrir joyas económicas con oro o plata.
Resumen de la lección
La electrólisis es el proceso de utilizar electricidad para separar compuestos químicos, lo que provoca que se produzca la reacción química de oxidación-reducción. Para realizar la electrólisis, necesita una celda electrolítica con dos electrodos, conocida como cátodo y ánodo , una solución electrolítica (llamada electrolito) para conducir electricidad entre ellos y una fuente de energía eléctrica como una batería. También debe derretir el cloruro de sodio antes de realizar la electrólisis para que los iones de sodio y cloruro puedan moverse y conducir la electricidad entre los electrodos. La electrólisis se puede utilizar para producir hidrógeno y oxígeno gaseoso a partir del agua (¡que es la forma en que se produce el oxígeno en la Estación Espacial Internacional!), Para extraer metales puros de compuestos metálicos y para galvanizar un metal con otro. La galvanoplastia se utiliza en muchas áreas diferentes, desde el recubrimiento de piezas de automóviles con cromo hasta el recubrimiento de monedas de un centavo con cobre.
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