Electrólisis

Electrólisis

1. En la electrólisis se utiliza la energía eléctrica para inducir una reacción química no espontánea. Este proceso se lleva a cabo en un dispositivo que se conoce como celda electrolítica.

2. Electrólisis de cloruro de sodio fundido

   • En su fase fundida, el cloruro de sodio (un compuesto iónico) se puede electrolizar para formar sodio metálico y cloro
   • En el NaCl fundido, los catio- nes y los aniones son los iones Na1 y Cl2, respectivamente.
   • La celda electrolítica contiene un par de electrodos conectados a una batería. Ésta funciona como una “bomba de electrones” que los lleva hacia el cátodo, donde se efectúa la reduc- ción y los retira del ánodo, donde se realiza la oxidación. Las reacciones en los electrodos son:
   • Este proceso es la fuente principal de sodio metálico puro y de gas cloro. Los cálculos teóricos indican que el valor de E° para el proceso global es de aproxi- madamente 24 V, lo que significa que este proceso es no espontáneo. Por consiguiente, la batería debe suministrar un mínimo de 4 V para que la reacción se lleve a cabo.

3. Electrólisis del agua

   • El agua contenida en un vaso en condiciones atmosféricas (1 atm y 25°C) no se descom- pone de manera espontánea en hidrógeno y oxígeno gaseosos porque el cambio de energía libre estándar de la reacción es una cantidad positiva grande:
     • 2H2O(l) ---> 2H2(g) + O2(g) ΔG°=5 474.4 kJ/mol
   • Esta celda electrolítica está formada por un par de electrodos de un metal inerte, como el platino, sumergidos en agua. Cuando los electrodos se conectan a la ba- tería no sucede nada, porque en el agua pura no hay suficientes iones para que lleven una buena cantidad de corriente eléctrica. (Recuerde que a 25°C, en el agua pura los iones H1 y OH2 alcanzan solamente una concentración de 1 3 1027 M.)
   • Por otro lado, la reacción se llevará a cabo rápidamente en una disolución de H2SO4 0.1 M porque tiene suficiente cantidad de iones para conducir la electricidad. De inmediato empiezan a aparecer burbu- jas de gas en los dos electrodos.
   • Anodo
     • 2H2O(l) ---> O2(g) + 4H1(ac) + 4e
   • Catodo
     • 2H1(ac) + 2e2 ---> H2(g)

4. Electrólisis de una disolución acuosa de cloruro de sodio

   • Éste es el más complicado de los tres ejemplos de electrólisis que se estudian aquí, porque una disolución acuosa de cloruro de sodio contiene varias especies que pueden oxidarse y reducirse. Las reacciones de oxidación que se pueden llevar a cabo en el ánodo son: (1): 2Cl2(ac) ---> Cl2(g) + 2e // (2): 2H2O(l) ----> O2(g) + 4H1(ac) + 4e
   • La diferencia entre el potencial de electrodo y el voltaje real necesario para la electróli- sis se conoce como sobrevoltaje. El sobrevoltaje para formar O2 es muy grande, así que, en condiciones normales de operación, en lugar de O2, en realidad se forma el gas Cl2 en el ánodo.