Electrólisis
¿Sabías que cuando la electricidad pasa a través del agua, se descompone en hidrógeno y oxígeno? ¿Puedes creer esto? Este proceso de descomposición de una sustancia por una corriente eléctrica se llama electrólisis . El tipo más simple de reacción de descomposición es la descomposición de un compuesto binario en sus elementos. El paso de una corriente eléctrica a través del agua descompondrá el agua en sus elementos constituyentes, hidrógeno y oxígeno.
2H 2 O (l) → 2H 2 (g) + O 2 (g)
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Entonces, la electrólisis es el proceso de hacer pasar una corriente a través de una celda para la cual el potencial de la celda es negativo y provoca una reacción de oxidación-reducción. Aquí, la energía eléctrica se utiliza para forzar a que ocurra una reacción química no espontánea. Es un proceso electroquímico en el que se pasa corriente entre dos electrodos a través de una solución ionizada (electrolito) para depositar iones positivos (aniones) en el electrodo negativo ( cátodo ) e iones negativos (cationes) en el electrodo positivo ( ánodo ). El sistema se llama celda electrolítica.que se utiliza en varias industrias como la galvanoplastia, el refinado de la bauxita en aluminio, la producción de cloro y sosa cáustica a partir de sal de mesa (cloruro de sodio) y en técnicas analíticas como la polarografía. Los principios de la electrólisis fueron descubiertos por primera vez por el científico británico Michael Faraday (1791-1867) y fueron desarrollados por el científico sueco Svante Arrhenius (1859-1927), ganador del Premio Nobel de Química en 1903.
Lección de electrólisis
Electrólisis de agua
La electrólisis del agua conduce a la reacción celular en la que el agua se descompone en sus elementos, H 2 y O 2 . Todos sabemos que el gas hidrógeno y el gas oxígeno se combinan espontáneamente para formar agua y se utilizan para alimentar las pilas de combustible, que a su vez producen electricidad. Entonces, el proceso inverso (electrólisis del agua) no es espontáneo y requiere energía. Las reacciones que tienen lugar en los electrodos se denominan semirreacciones catódicas y anódicas y, añadiendo estas reacciones de semicelda, obtenemos la reacción de reducción de oxidación general. En caso de electrólisis del agua, se producen las siguientes semirreacciones en el ánodo y el cátodo.
En el ánodo, 6H 2 O (l) → 4e + O 2 (g) + 4 H 3 O + (aq)
En el cátodo, 4H 2 O (l) + 4e → 2H 2 (g) + 4OH – (aq)
Electrólisis de algunos compuestos iónicos individuales
Electrólisis de solución acuosa de cloruro de sodio
El cloruro de sodio se ioniza para dar iones de sodio y cloruro y el agua se ioniza para producir iones de hidrógeno e iones de hidróxido.
NaCl (aq) → Na + (aq) + Cl- (aq)
Ecuaciones Diferenciales: Definición, soluciones y ejemplos
H 2 O (l) → H + (aq) + OH- (aq)
Entonces, en el cátodo pueden migrar iones de sodio o iones de hidrógeno y en el ánodo, pueden migrar iones de cloruro o iones de hidróxido. Según nuestro conocimiento previo de la serie electroquímica, sabemos que el metal se producirá si es menos reactivo que el hidrógeno. Se producirá hidrógeno si el metal es más reactivo que el hidrógeno .
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Durante la electrólisis, los iones hidrógeno H + (del agua) se descargan en el electrodo negativo como gas hidrógeno, H 2 . Los iones cloruro Cl – se descargan en el electrodo positivo como cloro gaseoso, Cl 2 . Los iones de sodio Na + y los iones de hidróxido OH – (del agua) se quedan atrás – forman una solución de hidróxido de sodio, NaOH.
Seguridad de los Datos: Amenazas, soluciones y gestión
Reacción catódica de media celda: 2H + (aq) + 2e → H 2 (g)
Reacción de semicelda anódica: 2Cl – (aq) -2e → Cl 2
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Electrólisis de solución de cloruro de cobre
La electrólisis solo tendrá lugar cuando la electricidad pase a través de la solución de cloruro de cobre (CuCl 2 ). La solución de cloruro de cobre se ionizará dando iones de cobre e iones de cloruro y el agua se ionizará dando iones de hidrógeno e hidroxilo de la siguiente manera.
CuCl 2 (aq) → Cu 2+ (aq) + 2Cl – (aq)
H 2 O (l) → H + (aq) + OH – (aq)
Los iones positivos de cobre (II) Cu 2+ (del cloruro de cobre) y los iones H + (del agua) son atraídos por el cátodo negativo. Según la serie electroquímica, solo el ión cobre (II) se descarga (preferentemente) en el cátodo. En el ánodo, los iones de cloruro se descargan emitiendo cloro gaseoso.
Reacción catódica de media celda: Cu 2+ (aq) + 2e → Cu (s)
Reacción de semicelda anódica: 2Cl – (aq) -2e → Cl 2
Electrólisis con electrodos inertes
Electrólisis de solución de sulfato de cobre
(i) Usando electrodos de cobre normales
Los productos de la electrólisis de una solución de sulfato de cobre con electrodos de cobre son el metal de cobre y los iones de cobre (el ánodo de cobre se disuelve). (i) un depósito de cobre en el electrodo de cátodo negativo y (ii) el cobre se disuelve en el electrodo de ánodo positivo. Esta reacción del ánodo de cobre difiere de cuando se usa un electrodo de grafito inerte para el ánodo.
Cuando se electroliza sulfato de cobre (II) con un electrodo de ánodo de cobre (el cátodo puede ser de carbono o cobre), el depósito de cobre en el cátodo (-) es igual al cobre que se disuelve en el ánodo (+). Por lo tanto, el color azul de los iones Cu 2+ permanece constante porque Cu depositado = Cu disuelto. Ambos implican una transferencia de dos electrones, por lo que significa que la masa de Cu depositada es igual a la masa de Cu que se disuelve para la misma cantidad de corriente que fluye (flujo de electrones).
En el cátodo, se produce una reacción de electrodo de reducción.
Cu 2+ + 2e- → Cu (s) (depósito de cobre, reducción – 2 electrones ganados, reducción de iones positivos por ganancia de electrones
En el ánodo, se produce una reacción de electrodo de oxidación.
Cu (s) – 2e- → Cu 2+ (el cobre se disuelve, oxidación – 2 electrones perdidos)
o Cu (s) → Cu (s) + 2e- (oxidación del átomo por pérdida de electrones)
Entonces, continúa un acto de equilibrio.
a) Átomos de cobre oxidados a iones cobre (II) : disolución del cobre en su depuración electrolítica o galvanoplastia (debe tener ánodo de cobre positivo). El cambio involucra dos electrones por átomo de cobre.
b) Ión de cobre (II) reducido a átomos de cobre : deposición de cobre en su depuración electrolítica o galvanoplastia con solución de sulfato de cobre (II). El cambio involucra dos electrones por ion de cobre.
Esto significa que por cada átomo de cobre que se oxida, se reduce un ion de cobre, por lo tanto
Cuando se utilizan electrodos de cobre en la electrólisis de una solución de sulfato de cobre, la pérdida de masa de cobre del electrodo de ánodo positivo debe ser igual a la masa de cobre ganada y depositada en el electrodo de cátodo negativo.
(ii) Uso de electrodo inerte de carbono / grafito
Usando la celda electrolítica simple y los electrodos de carbono inerte (grafito), podemos ver que los productos de la electrólisis de la solución de sulfato de cobre son (i) un depósito de cobre en el electrodo de cátodo negativo y (ii) gas oxígeno en el electrodo de ánodo positivo.
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Resumen de la lección
Esta lección habló sobre la electrólisis de compuestos iónicos individuales, que es básicamente la descomposición del compuesto iónico en sus elementos constituyentes por el paso de corriente eléctrica. El producto de la electrólisis en el cátodo y el ánodo depende de la serie electroquímica y también de la naturaleza de los electrodos. Esto se ha demostrado con algunos ejemplos específicos.
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