ELECTROLISIS

Introducción

Ciertas sustancias, (ácidos, hidróxidos, sales y algunos óxidos metálicos disueltos o fundidos) son conductores de electricidad al mismo tiempo que se descomponen al paso de la corriente eléctrica, estas llamadas electrolitos. A tal fenómeno se le denomina electrólisis y constituye fundamentalmente un proceso de oxidación reducción que se desarrolla no espontáneamente es decir, un con!unto de transformaciones que implican un aumento de energ"a li#re del sistema, y por ende, requiere para su reali$ación el concurso de una fuer$a externa de energ"a.  Al igual que en las pilas electroqu"micas, una reacción de electrólisis electrólisis puede ser considerada como el con!unto de dos medias reacciones, una oxidación anódica y una reducción catódica. %ara comprender me!or el fenómeno lo explicaremos en detalle& Cuando conectamos los electrodos con una fuente de energ"a (generador de corriente directa), el electrodo que se une al #orne positi'o del generador es el ánodo de la electrólisis y el electrodo que se une al #orne negati'o del generador es el cátodo de la electrólisis. as reacciones que tienen lugar en los electrodos de la electrólisis están en general determinadas por leyes energéticas, as" como en la pila, la reacción encada electrodo es la que corresponde a una reacción que produ$ca la máxima disminución de energ"a li#re, en la electrólisis se producirán las reacciones que correspondan a una reacción total que produ$ca el m"nimo aumento de energ"a li#re.

C*+I-I1. Concep Conceptos tos general generales es lectrolisis procede de dos radicales, electro que hace referencia a electricidad y lisis que quiere decir rotura. a electrolisis es un proceso mediante el cual se logra la disociación de una sustancia llamada electrolito, en sus iones constituyentes (aniones y cationes) gracias a la administración de corrientes eléctricas. n ella ocurre la captura de electrones por los aniones en el ánodo (una oxidación).

1.1 Cel Celda da Electr Electrolí olític ticaa s todo un sistema o dispositi'o donde se reali$a el fenómeno de la electrolisis. n este caso la electrolisis es un proceso que a partir de una fuente de energ"a eléctrica se pro'oca reacciones de oxidación  reducción, es decir +/ pero en forma espontanea.

1.2

Electrolitos

os electrolitos son sustancia qu"micas capaces de disociarse o ioni$arse cuando se encuentran en disolución o fundida. os electrolitos disociados permiten que el sistema condu$ca la corriente eléctrica. 0ásicamente hay dos tipos de electrolitos, los llamados fuerte y los dé#iles. os electrolitos dé#iles al entrar al agua se disocian parcialmente. os utili$ados en la electrolisis son los electrolitos fuertes, de#ido que al entrar al agua se disocian completamente. sta familia está formada por todas las sales, ácidos fuertes e hidróxidos fuertes. Como #ases fuertes podemos citar a las de los metales alcalinos y alcalinotérreos como los hidróxidos de -odio, %otasio, Calcio y 1agnesio. Como e!emplos de ácidos fuertes tenemos al acido clorh"drico, sulf2rico, n"trico y perclórico .

1.3

Iones

os iones son moléculas o átomos que presentan carga electrol"tica. +esultan por la disociación del electrolito o por ganancia o pérdida de electrones.

Ejemplo de iones: (Ca+²) (CO  ¯²) ₃

1.3.1 Carga elctrica negati!a a carga eléctrica negati'a se refiere al estado eléctrico de una molécula o átomo que se produce por exceso de electrones.

1.3.1.1 "niones l anión es un ion que presenta carga eléctrica negati'a. Cuando se encuentra #a!o la influencia de electrodos que son polos eléctricos el anión emigrara hacia el electrodo de signo contrario, en este caso, un ánodo (de signo positi'o), de#ido a que cargas eléctricas opuestas se atraen.

Ejemplo de ani#n. CO  ¯  ₃

1.3.2 Carga elctrica positi!a a carga eléctrica positi'a se refiere al estado eléctrico de una molécula o átomo por déficit de electrones.

1.3.2.1

Cationes

l catión es un ion que presenta carga eléctrica positi'a. Cuando se encuentra #a!o la influencia de electrodos que son polos eléctricos el catión migrara hacia el electrodo de signo contrario, en este caso, un cátodo (de signo negati'o), de#ido a que cargas eléctricas opuestas se atraen.

Ejemplo de cati#n: Ca+²

2.$rocesos

n la electrolisis se pueden distinguir tres fases&

.Ioni%aci#n& s una fase pre'ia ante de la aplicación de la corriente y para efectuar la sustancia a descompones ha de estas ioni$ada, lo que se consigue disol'iéndola o fundiéndola.

Orientaci#n& n esta fase, una 'e$ aplicada la corriente los iones se dirigen, seg2n su carga eléctrica, hacia los polos (3) o (4) correspondiente.

'escarga& os iones negati'os o aniones ceden electrones al ánodo (3) y los iones positi'os o cationes toman electrones del cátodo (4).

2.1 El proceso consiste en lo sigiente: -e funde o se disuel'e el electrolito en un determinado disol'ente, con el fin de que dicha sustancia se separe en iones (ioni$ación). -e aplica una corriente eléctrica continua a mediante un par de electrodos conectados a una fuente de alimentación eléctrica y sumergida en la disolución. l electrodo conectado al polo negati'o se conoce como cátodo y el conectado al positi'o como ánodo. Cada electrodo mantiene atra"dos a los iones de carga opuesta. As", los iones positi'os o cationes, son atra"dos al cátodo, mientras que los iones negati'os, o aniones, se despla$an hacia el ánodo. a energ"a necesaria para separar a los iones e incrementar su concentración en los electrodos es aportada por la fuente de alimentación eléctrica. /escu#ierta por el médico francés 5a$ho %r$. n los electrodos se produce una transferencia de electrones entre estos y los iones produciéndose nue'as sustancias. os iones negati'os o aniones ceden electrones al ánodo (3) y los iones positi'os o cationes toman electrones del cátodo(4). n definiti'a lo que ha ocurrido es una reacción de oxidación4reducción, donde la fuente de alimentación eléctrica ha sido la encargada de aportar la energ"a necesaria. *ras hacer una electrolisis además de desprenderse el oxigeno y el hidrogeno tam#ién se de!an 'er los otros componentes del aguas (minerales, como el hierro, etc. 6 otros componentes seg2n la $ona de donde pro'iene el agua)7 esto en caso de ser agua no destilada en el agua destilada solo se desprende el oxigeno y el hidrogeno, porque ya se han extra"do los otros componentes pre'iamente.

n definiti'a lo que ocurre es una reacción de oxidación  reducción, donde la fuente de alimentación eléctrica se encarga de aportar la energ"a necesaria.

2.1.1 Es importante tomar en centa !arios pntos: 45unca de#e !untar los electrodos, ya que la corriente eléctrica no 'a a hacer su proceso y la #ater"a se 'a a so#recalentar y se quemara. 4/e#e utili$ar siempre corriente continua (energ"a de #ater"as o adaptadores de corriente).5unca corriente alterna (energ"a de enchufe) 4a electrolisis de#e hacerse de tal manera que los dos gases desprendidos no entren en contacto de lo contrario se !untar"an de nue'o produciendo agua.

3

Electrolisis de sstancia

3.1

Electrolisis del aga a reacción de descomposición del agua no es espontanea para que se produ$ca es necesario un aporte de energ"a. sta energ"a se puede suministrar mediante la electrolisis, pero como el agua pura tiene una conducti'idad muy #a!a es necesario a8adir un poco de acido sulf2rico o de hidróxido sódico para que le agua sea lo suficientemente conductora. a reacción seria&

3.2

Electrolisis del clorro de sodio

3.2.1 Clorro de sodio (acl) *ndido: l 5acl se encuentra formado por sus dos iones 5a3 y Cl9. l 5a3 por ser positi'o se dirigirá al electrodo negati'o (cátodo). %or este moti'o se llamara Cátodo. : su reacción será&

a+ + e¯

  a (edcci#n)



n el otro electrodo (ánodo), se producirá la siguiente reacción

2Cl¯

 Cl



₂

1ultiplicamos a la primera reacción por ; para equili#rar los electrones

2a+ + 2e¯

2a



-umamos las dos reacciones o#teniendo el total

2Cl¯ + 2a+ 2aCl

Cl  + 2a



₂

 Cl + 2a



₂

-e o#tiene cloro gaseoso en el ánodo y -odio en el cátodo

3.2.2 Clorro de sodio en medio acoso  Acá la diferencia se produce en el cátodo. l sodio esta 'e$ no participa del proceso de reducción sino que es el agua quien lo reempla$a. sto tiene una explicación. nodo ;O¯² + 3C

3CO  + 12e¯ 



₂

C?todo "l+@ + 12e¯

 "lA



eacci#n gloBal 2"l O ₂

"l+@ +;O¯²

₃ 

ste proceso sigue siendo el método principal para la producción comercial del aluminio, aunque se están estudiando nue'os métodos. a pure$a del producto se ha incrementado hasta un ,JO de aluminio puro en un lingote comercial puro, posteriormente puede ser refinado hasta un ,O por ciento. a producción mundial de aluminio ha experimentado un rápido crecimiento, aunque se esta#ili$o a partir de >B. n > esta producción era de =.E toneladas de aluminio, en >EB de JB. toneladas y en >E la producción estimada de aluminio primario era de unos > millones de toneladas.

;.3.2 8anganeso l manganeso puro se o#tiene por la com#ustión del dióxido de manganeso (pirolusita) con pol'o de aluminio y por electrolisis del sulfato de manganeso, ste metal no se da en la naturale$a en estado puro, pero se encuentra ampliamente distri#uido en todo el mundo en forma de menas. cupa el lugar >; entre los elementos más a#undantes de la corte$a terrestre

;.3.3 -odio -e presenta en la naturale$a en estado com#inado. -e encuentra en el mar y en los lagos salinos como el cloruro de sodio, y con menor frecuencia como car#onato de sodio y sulfato de sodio. l sodio comercial se prepara descomponiendo electrol"ticamente cloruro de sodio comercial se prepara descomponiendo electrol"ticamente cloruro de sodio fundido. l sodio ocupa el sétimo lugar en a#undancia entre los elementos de la corte$a terrestre.

l método /oPns para el refinado del sodio consta de un aparato que está constituido por una caldera de hierro A, por cuya parte inferior entra in ánodo de grafito 0. l cátodo C entra en la masa fundida de 5acl. Al circular  una corriente por el cloruro de sodio fundido, se producen las siguientes reacciones&

>nodo 2Cl¯ & 2e¯

 Cl A



₂

C?todo 2a+ + 2e¯

2aA



eacci#n gloBal 2aCl

2a+ + 2Cl¯ 



l sodio por su #a!a densidad, flota y se extrae por / mientras el cloro se desprende en 

;.

einado electrolítico stos métodos se utili$an para refinar el plomo, esta8o, co#re, oro y la plata. a 'enta!a de extraer o refinar metales por procesos electrol"ticos es que el metal depositado es de gran pure$a

;..1 $lomo 6na fuente importante de o#tención del plomo son los materiales de desecho industriales, que se recuperan y funden. l plomo en #ruto suele purificarse remo'iendo plomo fundido en presencia de aire. os óxidos de las impure$as metálicas su#en a la superficie y se eliminan. os grados más puros de plomo se o#tienen refinando electrol"ticamente.

;..2 EstaDo

l esta8o ocupa el lugar ? entre los elementos más a#undantes de la corte$a terrestre. l mineral principal del esta8o se o#tiene del -n; (casiterita)

;.7

"O'I"CIO -e denomina anodi$ado al proceso electrol"tico de pasi'acion utili$ado para incrementar el espesos de la capa natural de oxido en la superficie de pie$as metálicas. sta técnica suele emplearse so#re el aluminio para generar una capa de protección artificial mediante el oxido protector del aluminio, conocido como al2mina. a capa se consigue por medio de procedimientos electroqu"micos y proporciona una mayor resistencia y dura#ilidad el aluminio. a protección dependerá en gran medida del espesor de esta capa (en micras). l nom#re del proceso deri'a del hecho que la pie$a a tratar con este material hace de ánodo en el circuito eléctrico de este proceso electrol"tico. a anodi$ación es usada frecuentemente para proteger el aluminio y el titanio de la a#rasión y la corrosión, y permite su tinte en una amplia 'ariedad de colores. as técnicas de anodi$ado han e'olucionado mucho con el paso del tiempo y la competencia en los mercados por lo cual actualmente encontramos desde una capa de oxido de aluminio con el color gris propio de este oxido hasta coloraciones posteriores al a formación de la capa con colores tales como otro #ronce, negro y ro!o. as 2ltimas técnicas #asad en procesos de interferencia óptica pueden proporcionar aca#ados tales como a$ul gris perla y 'erde. . Conceptos generales >.>Celda electrol"tica >.;lectrolitos >.EIones

>.E> Carga eléctrica 5egati'a >.E>.> Aniones >.E.; Carga eléctrica %ositi'a >.E.;.> Cationes ;. %rocesos E lectrolisis de una sustancia ? eyes de faraday J ey de 