Electrolisis

Electrólisis

La electrólisis es el proceso que utiliza una corriente eléctrica continua para inducir una reacción química de oxidación-reducción que no es espontánea ($\Delta G > 0$). Se lleva a cabo en un dispositivo llamado celda electrolítica.

Componentes de la Celda Electrolítica

A diferencia de las pilas voltáicas, en la electrólisis los signos de los electrodos cambian debido a la fuente externa:

• Ánodo (Polaridad $+$): Donde ocurre la oxidación. Los aniones (iones negativos) se sienten atraídos hacia él para entregar electrones.
• Cátodo (Polaridad $-$): Donde ocurre la reducción. Los cationes (iones positivos) se sienten atraídos hacia él para captar electrones.
• Fuente de alimentación: Suministra la energía necesaria para “empujar” los electrones.

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Ejemplo 1: Electrólisis del Cloruro de Sodio Fundido ($NaCl$)

Este es el método industrial para obtener sodio metálico y gas cloro puro.

Reacciones en los electrodos:

1. En el Cátodo (Reducción): $Na^+ + e^- \longrightarrow Na_{(l)}$
2. En el Ánodo (Oxidación): $2Cl^- \longrightarrow Cl_{2(g)} + 2e^-$

Ecuación Global: $2NaCl_{(l)} \xrightarrow{\text{electricidad}} 2Na_{(l)} + Cl_{2(g)}$

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Ejemplo 2: Electrólisis del Agua

El agua pura no conduce bien la electricidad, por lo que se añade un electrolito (como $H_2SO_4$). El resultado es la descomposición del agua en sus gases constituyentes.

$2H_2O_{(l)} \longrightarrow 2H_{2(g)} + O_{2(g)}$

• Se produce el doble de volumen de Hidrógeno que de Oxígeno.
• Es una tecnología clave para la producción de Hidrógeno Verde.

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Leyes de Faraday

Michael Faraday determinó que la cantidad de sustancia depositada o liberada en un electrodo es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que atraviesa la celda.

$m = \frac{Q \cdot M}{n \cdot F}$

Donde:

• $m$: masa de la sustancia ($g$).
• $Q$: carga eléctrica total ($Coulombs$), calculada como $I \times t$.
• $M$: masa molar de la sustancia.
• $n$: número de electrones transferidos.
• $F$: constante de Faraday ($\approx 96500 \text{ C/mol}$).

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Aplicaciones Industriales

1. Galvanoplastia (Electroplating): Recubrir objetos con una capa delgada de metal (ej: bañar una joya de cobre en oro o plata).
2. Electrorrefinación: Purificación de metales como el cobre hasta alcanzar un $99.9\%$.
3. Producción de Aluminio: Proceso Hall-Héroult, que utiliza electrólisis de óxido de aluminio disuelto en criolita fundida.

Electrolisis de sales de cobre (azul) para conseguir cobre metálico