Celdas electrolíticas

Módulo de un número complejo

Probablemente dependa de baterías recargables todos los días para alimentar cosas como teléfonos celulares, computadoras portátiles y otros dispositivos electrónicos pequeños. Cuando la batería se agota, ¿qué haces? Vuelve a conectarlo, ¿verdad? ¿Ha pensado en lo que realmente sucede cuando lo conecta? ¿Cómo se recarga? Las baterías proporcionan energía eléctrica mediante una reacción química, pero finalmente se ralentiza porque los reactivos se agotan. Para recargar la batería, debe revertir la reacción. Esto requiere una entrada de energía eléctrica, por lo que hay que enchufar la batería para recargarla. Mientras se recarga, la batería actúa como una celda electrolítica. En una celda electrolítica , la energía eléctrica se usa para iniciar una reacción de reducción de oxidación que no ocurriría espontáneamente. Las celdas electrolíticas no solo se utilizan para recargar baterías, sino también para separar metales puros de compuestos metálicos, para separar otros compuestos químicos (como el agua) y para galvanizar metales. Veamos un poco más de cerca cómo funcionan exactamente las celdas electrolíticas.

Piezas de la celda electrolítica

Todas las celdas electrolíticas contienen tres partes principales: dos electrodos sólidos (conocidos como cátodo y ánodo) y una solución de electrolito líquido. La solución de electrolito conduce la electricidad porque contiene iones disueltos que pueden moverse libremente por la solución. El cátodo y el ánodo de una celda electrolítica están conectados a una fuente de energía eléctrica, como una batería. En una celda electrolítica, el cátodo siempre está cargado negativamente y el ánodo está cargado positivamente. Estos dos electrodos están hechos de materiales, como cobre, plata y zinc, que participan en la reacción química. Estos se denominan electrodos activos . También pueden estar hechos de materiales químicamente inertes, como grafito, silicio o platino.

Cómo funcionan las celdas electrolíticas

Entonces, ahora que conocemos las partes, pensemos en cómo funcionan todas juntas. ¿Qué sucede realmente en una celda electrolítica? Primero, la batería proporciona una fuente de energía eléctrica, empujando electrones hacia el cátodo y haciéndolo cargado negativamente. Los electrones también se extraen del ánodo, lo que lo carga positivamente. Una vez que esto sucede, se activa una reacción de oxidación-reducción. En el ánodo, ocurre una reacción de oxidación, liberando electrones que luego son atraídos hacia el ánodo cargado positivamente. Mientras tanto, en el cátodo, se produce una reacción de reducción, que consume los electrones que se acumulan en el cátodo. Mitad de oxidación de la reacción: X – -> X + e – Mitad de reducción de la reacción: Y + + e – -> Y Después de ambas reacciones, el resultado final es que dos iones (representados aquí por X – e Y – ) se convierten en átomos o moléculas neutros ( X o Y ). Esto es posible debido a la energía eléctrica proporcionada por la batería que mueve los electrones del ánodo al cátodo.

Electrólisis del agua

Las celdas electrolíticas se utilizan para todo tipo de cosas: galvanizar metales, recargar una batería y separar metales puros de compuestos metálicos. Cuando se utilizan celdas electrolíticas para separar compuestos químicos, el proceso se conoce como electrólisis . Esta palabra significa literalmente usar electricidad para romper algo ( electro = tener que ver con electricidad y lisis = romper). Un tipo común de electrólisis consiste en descomponer el agua para producir hidrógeno y oxígeno gaseoso. Para comprender mejor lo que sucede dentro de una celda electrolítica, echemos un vistazo más de cerca a la electrólisis del agua. La electrólisis del agua es quizás la reacción más simple que puede ocurrir en una celda electrolítica. Solo necesita dos electrodos, que a menudo están hechos de grafito, y agua como electrolito. El agua es un electrolito porque las moléculas de agua se disocian en iones de hidrógeno (H + ) e hidróxido (OH – ). Cuando los electrodos están conectados a una batería, los iones H + son atraídos hacia el cátodo cargado negativamente donde experimentan una reacción de reducción para producir gas hidrógeno. Reacción de reducción: 2H – + + 2e – -> H 2 Al mismo tiempo, la oxidación en el ánodo produce oxígeno gaseoso y electrones. Reacción de oxidación: 2 H 2 O -> O 2 + 4 H – + 4 e – Ambas reacciones continuarán simultáneamente siempre que la batería proporcione electrones. El resultado general es la producción de dos moléculas de gas hidrógeno y una molécula de gas oxígeno de cada dos moléculas de agua. 2 H 2 O -> 2 H 2 + O 2

Celdas voltaicas

Las celdas electrolíticas son muy similares a otro tipo de celda electroquímica llamada celda voltaica . Las celdas voltaicas contienen exactamente las mismas partes que las celdas electrolíticas (dos electrodos y una solución de electrolito), pero la reacción química en una celda voltaica es espontánea, lo que significa que no requiere la entrada de electricidad. En cambio, la oxidación-reducción que ocurre en una celda voltaica convierte la energía química en energía eléctrica. Una serie de celdas voltaicas forman un dispositivo que todos usamos todos los días de muchas maneras: ¡una batería! ¿Recuerda que ya hablamos de cómo las baterías recargables son las celdas electrolíticas cuando se están cargando? Bueno, también son celdas voltaicas cuando se utilizan para producir electricidad. En este caso, la misma celda puede ser voltaica o electrolítica dependiendo de cómo se use.

Resumen de la lección

Las celdas electrolíticas utilizan energía eléctrica para iniciar una reacción de oxidación-reducción que no ocurriría espontáneamente de otra manera. Siempre contienen dos electrodos y una solución de electrolito que conduce la electricidad porque contiene iones disueltos. El cátodo es el lado de la reacción de reducción y está cargado negativamente. El ánodo es el lado de la reacción de oxidación y está cargado positivamente. Las celdas electrolíticas se utilizan para galvanizar metales, recargar baterías y separar compuestos como el agua. El proceso por el cual las celdas electrolíticas separan los compuestos se llama electrólisis . Las celdas voltaicas son muy similares a las celdas electrolíticas, pero utilizan una reacción espontánea de oxidación-reducción para generar electricidad.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador