Electrólisis - Arturo Lara

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2. Electrólisis
Los conductores líquidos al ser recorridos por una corriente se descomponen quí-
micamente y es este fenómeno el que los distingue de los conductores sólidos o
de primera clase que no son alterados por el paso de la corriente a su través. De
ahí que se defina el fenómeno de la electrólisis como el proceso electroquímico
mediante el cual los conductores líquidos son descompuestos químicamente al
ser recorridos por una corriente eléctrica.
Se dehe al físico y químico sueco Svante Arrhenius (1859-1929) el concepto de
disociación electrónica (1884) que consiste simplemente en que los ácidos, las
bases y las sales (soluto) al disolverse en un líquido disocian sus moléculas, o lo
que es lo mismo: las moléculas del soluto se descomponen en iones positivos
(cationes) y en iones negativos (aniones). Esto se debe a la acción disolvente
(fuerzas de disociación) del medio o por efecto de la fusión. La disolución así ob-
tenida es el electrólito.
Si a través de los electrodos sometemos a tensión al electrólito los iones positi-
vos (cationes) se dirigen hacia el cátodo o polo negativo y los iones negativos
(aniones) se dirigen hacia el ánodo o polo positivo. El movimiento de los elec-
trones (corriente eléctrica) a través del electrólito se efectúa, pues, utilizando los
iones como portadores, de ahí que a esta corriente eléctrica se le denomine «ió-
nica» y se desplaza en el sentido real electrónico de los electrones negativos, del
cátodo (-) hacia el polo positivo o ánodo (+). Todo lo contrario del sentido con-
vencional de la corriente eléctrica que decimos, en Electrotecnia, circula del polo
positivo hacia el polo negativo.
En los electrólitos el hidrógeno y los metales son cationes (+) que se desplazan
con el sentido convencional de la corriente hacia el cátodo (-). Mientras que
los grupos radicales ácidos y oxidrilos se mueven transportando los electrones
hacia el ánodo (+).
Estos conceptos se pueden ver con la exposición de la teoría electrónica de la
electrólisis que indicamos a continuación.
Baterías y acumuladores
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2.1. Teoría electrónica de la electrólisis
Sea un recipiente, llamado cuba electrolítica, en el que echamos agua pura (H2O) y le introducimos dos electrodos metálicos, por ejemplo de platino, tal y como se indica en la figura 2.2a. Si sometemos el circuito a una tensión mediante un generador E, observamos que el amperímetro no marca valor alguno de corriente eléctrica, es decir, la intensidad del circuito cerrado es cero amperios (1 = 0 A).
Echamos en el agua pura, cloruro de cobre (CuClz), cuya molécula está constituida por dos átomos de cloro (Cl) unidos a un átomo de cobre (Cu), y se produce la disociación formándose dos iones cloro negativos (—) y un ion cobre positivo ( + ). Los iones cloro se desplazan hacia el ánodo ( + ) y se llevan los dos electrones (e"), que son tomados por el electrodo neutralizando los dos átomos de cloro, cuya unión química, produce una molécula de cloro que queda libre o se disuelve en la solución.
Por otro lado, el ion de cobre, procedente de la disociación del CuCh , tiene dos electrones en defecto (+ +), -se los llevaron los iones cloro-, y se dirige hacia el cátodo (-) quien le suministra los dos electrones (e") que le faltan, convirtiéndose en átomo de cobre neutro que se deposita sobre este electrodo del cátodo (-).
H2O pura, corriente nula
No hay electrólito propiamente
dicho, pues la I = 0
Echamos en el agua pura,
cloruro de cobre (CuCI2).
Electrólito = H2O (pura) + CuCI2
1* Figura 2.2. Teoría electrónica de la electrólisis: a) No hay disociación electrónica del agua pura, b) Disociación de la molécula de cloruro de cobre (Cu Cl2).
En resumen, todo esto se traduce en el transporte de electrones (e‘) del cátodo (-) al ánodo (+), o sea, la conducción de la corriente electrónica a través del electrólito, en obtenerse en el ánodo (+) el radical cloro; y, en depositarse en el cátodo (-) el metal cobre.
Como sabemos, el desarrollo de esta teoría electrónica de la electrólisis da lugar a múltiples aplicaciones en galvanostegia, galvanoplastia y en electrometalurgia para la obtención de metales como aluminio, plomo, hierro, cobre electrolítico, etc.
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Unidad 2
v cabulario
Autodescarga
Pérdida de capacidad de una bate-
ría cuando está almacenada en cir-
cuito abierto por la acción de las
pilas locales de las placas (ver rejilla)
Avogrado (numero de)
Número de moléculas-gramo y, par
consiguiente, número de ¿tomos
contenidos en un átomo-gramo.
Esta hipótesis formulada por Ama-
deo Avogadro en 1811, ha dado
lugar al número que lleva su nom-
bre cuyo valor es actualmente
6,0296-10'.
EJEMPLO
Electrólisis de una disolución de ácido sulfúrico (H^SO^) (figura 2.3).
Solución:
Al agregar el ácido sulfúrico HjSCU en la cuba electrolítica de la figura 2 3,
donde se han introducido dos electrodos de platino, se disocia en iones:
H2SO4 = 2H- + SO4 .
Al someter a tensión el electrólito, cerrando el interruptor S, se produce el
desplazamiento de iones de la siguiente forma:
Los iones H‘ se depositan en el cátodo (-) tomando electrones para formar el
gas hidrógeno 2H? que se desprende de este electrodo.
Los iones SO4 se desplazan al ánodo (+) cediendo dos electrones. El radical
SO4 inestable reacciona con el agua del electrólito desprendiéndose burbujas
de oxigeno O? en el ánodo (+) y regenerándose finalmente el H^SO^
El efecto práctico es que el oxigeno se desprende en el ánodo (+), y el hidró-
geno, en proporción doble, en el cátodo (-), regenerándose el ácido sulfúri-
co H2SO4, es decir, que no se ha realizado sino la descomposición electroquí-
mica del agua en sus elementos simples. Este efecto de la desaparición del
agua por su descomposición electrolítica es el que produce los gases en el
proceso de carga de los acumuladores de Pb-ácido, como veremos más ade-
lante, llegando a producir la ebullición del mismo. Por otro lado, la regenera-
ción del electrólito produce un aumento de la densidad del mismo y se utili-
za como un indicador del estado de carga.
r Figura 2.3. Electrólisis de una disolución de ácido sulfúrico (H; SO4),
Si el proceso electrolítico descrito en el ejemplo continúa permanentemente sin agregar nada de electrólito, se irá descomponiendo un 1 [> y en toda el agua IbO inicial, hasta que finalíñeme, solo quede ácido sulfúrico puro. En realidad
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esto no es posible pues al ir disminuyendo el disolvente las pocas moléculas ionizadas de ácido sulfúrico se vuelven aislantes y cesa el paso de la corriente, / = 0 A.
EJEMPLO
Electrólisis de una disolución de cloruro sódico (NaCI) (figura 2.4).
Solución:
En este caso la disolución de cloruro sódico (NaCI) es el electrólito. Conductor que se disocia según: NaCI = Cl" + Na*
Al someter a tensión, cerrando el interruptor S, en el electrólito los iones transportan la corriente según la siguiente secuencia:
Los iones Na* se depositan en el cátodo (Na* + e" = Na) y el sodio (Na) reacciona con el agua (H20), formándose hidróxido de sodio NaOH (sosa cáustica) más hidrógeno:
2Na + 2H2O = 2 NaOH + H2. La sosa cáustica se queda en la disolución y el hidrógeno H2 se desprende del cátodo.
Por otro lado, al ánodo van los iones cloro Cl", cediendo electrones, es decir: (Cl = Cl + e"), y el gas cloro en parte se desprende según 2CI = Cl2 y por otra parte reacciona con la disolución en la que se ha formado hidróxido de sodio (2NaOH), para obtener hipodorito sódico (2NaCI0) más hidrógeno que se disuelve: 2CI + 2NaOH = 2NaCIO + H2
Por tanto, el electrólito se empobrece gradualmente de cloruro sódico (CINa), enriqueciéndose en sodio (Na) y desprendiendo hidrógeno (H2).
Si se sigue el proceso con el baño en caliente, el hidróxido sódico (2NaOH), llegarla a reaccionar con cloro (2CI2) combinándose para formar clorato sódico (NaCIOs), gran oxidante.
v cabulario
Batería
Ver acumulador.
Batería secundaria
Batería que, después de descargada, puede llevarse al estado de batería plenamente cargada, por el paso de una corriente eléctrica que circule en sentido opuesto al de la descarga.Batería de reserva
Batería que se almacena inactiva y que en el momento de su utilización es activada. La activación puede realizarse por varios mecanismos, según el tipo de batería, como la adición de electrólito o el aumento de temperatura (ver activación).
Electrólito
Se
2NaClO + m2
sódico + H2)
obtiene clorato
(NaCIO3)
T Figura 2.4. Electrólisis de una disolución de cloruro sódico (NaCI).