Electrólisis: Principios, Tipos y Aplicaciones
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Electrólisis: Conceptos Fundamentales
La electrólisis es el proceso en el que el paso de la corriente eléctrica por una disolución o por un electrolito fundido produce una reacción de oxidación-reducción (redox) no espontánea.
Componentes de la Electrólisis
La cuba electrolítica es el recipiente donde se realiza el proceso. Contiene la disolución o el electrolito fundido en el que se sumergen los electrodos conectados a una fuente de corriente continua, de la que la cuba recibe electrones.
Los electrodos son las superficies sobre las que se producen las semirreacciones de oxidación y reducción. Suelen ser inertes. Se distingue entre:
- Cátodo: electrodo en el que tiene lugar la reducción. Se conecta al polo negativo.
- Ánodo: electrodo donde se produce la oxidación. Se conecta al polo positivo.
Diferencias entre Pila Voltaica y Cuba Electrolítica
| Característica | Pila Voltaica | Cuba Electrolítica |
|---|---|---|
| Proceso | Una reacción química produce energía eléctrica | La energía eléctrica produce una reacción química |
| Electrolitos | Dos electrolitos | Un solo electrolito |
| Reacción Redox | Espontánea | No espontánea |
| Ánodo | Polo negativo | Polo positivo |
| Cátodo | Polo positivo | Polo negativo |
Tipos de Electrólisis
Electrólisis del Cloruro de Sodio Fundido
El NaCl fundido a unos 800 ºC es el electrolito. Este está disociado en iones: NaCl → Na+ + Cl-.
Los electrodos inertes se introducen en el electrolito y se conectan a la fuente de corriente continua. Los aniones, los iones Cl-, se mueven hacia el ánodo, donde se descargan al dejar sus electrones. Los cationes, los iones Na+, se dirigen al cátodo, donde se descargan recibiendo electrones.
Reacción global: 2NaCl → 2Na + Cl2
El sodio obtenido en el cátodo, menos denso que el fundido, flota en este en forma líquida. El cloro gaseoso se recoge en el ánodo. La reacción global no es espontánea, como se puede comprobar fácilmente por su potencial negativo.
Electrólisis del Agua
El agua pura no contiene suficientes iones para conducir la electricidad. Por ello, para lograr su electrólisis, suele añadirse una pequeña cantidad de ácido sulfúrico (H2SO4) 0,1 M. En esta disolución acuosa se sumergen los electrodos inertes, donde tienen lugar las siguientes reacciones:
Reacciones:
- Cátodo (reducción): 2H2O + 2e- → H2 + 2OH-
- Ánodo (oxidación): H2O → 1/2O2 + 2H+ + 2e-
- Reacción global: H2O → H2 + 1/2O2
Se obtiene hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo, siendo el volumen de gas H2 el doble que el de O2. El H2O se oxida antes que los iones SO42- del ácido; estos no se descargan, ya que requieren un potencial más elevado. El H2SO4 no se consume.
Electrólisis del Cloruro de Cobre (II) en Disolución Acuosa
La electrólisis de algunas sales disueltas en el agua suele presentar alguna dificultad para su interpretación, pues el H2O puede interferir en el proceso. Sin embargo, en el caso del CuCl2, se descargan ambos iones de la sal.
Reacciones:
- Cátodo (reducción): Cu2+ + 2e- → Cu
- Ánodo (oxidación): 2Cl- → Cl2 + 2e-
- Reacción global: CuCl2 → Cu + Cl2
Sobre el cátodo, que puede ser una lámina de cobre, se deposita cobre metálico, mientras que en el ánodo se recoge gas cloro.