Qumica y algo ms Un blog sobre qumica y otras ciencias * Home *
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Potencial *24* may Electrlisis y Pilas *La electrolisis* es un
proceso mediante el cual se logra la disociacinde una sustancia
llamada *electrolito*, en sus iones constituyentes(aniones y
cationes), gracias a la administracin de corriente
elctrica.Bsicamente hay dos tipos de electrolitos, los llamados
fuertes ydbiles. Los utilizados en la electrolisis son los
electrolitos fuertes.Esta familia est formada por todas las sales,
cidos fuertes ehidrxidos fuertes. Como bases fuertes podemos citar
a las de losmetales alcalinos y alcalinotrreos como los hidrxidos
de Sodio,Potasio, Calcio y Magnesio. Como ejemplos de cidos fuertes
tenemos alcido clorhdrico, sulfrico, ntrico y perclrico.Este
proceso se tiene que llevar a cabo enun aparato llamado cuba ocelda
electroltica. Est formada por dos electrodos de un metal inerte,por
ejemplo Platino o Paladio. Conectados a una fuente de
energaelctrica o FEM. El circuito lo cierra justamente la sustancia
que se vaa disociar en iones, el electrolito. En algunos casos*,
*cada electrodose ubica en un vaso distinto por separado. Cuando
esto sucede se usa unpuente salino que los conecta. Es una especie
de tubo en U con unasustancia inica como una sal que permite el
flujo constante de cargas.*La electrolisis* tiene una utilidad muy
grande en la industria. Ya quemuchos procesos requieren de esta.
Por ejemplo, cuando se quierenobtener elementos como Sodio,
Aluminio, Litio y otros muchos metales. Enla Galvanoplastia, cuando
se quiere proteger a un metal de la corrosin,se le aplica una
pelcula de otro metal que es inoxidable. Para laproduccin de gases
como el Hidrgeno y Oxgeno tambin se usa laelectrolisis.El cientfico
que mejor estudio, explico y descubri este proceso fue elIngls
*Michael Faraday*. Enuncio dos leyes importantsimas que seaplican
en los problemas de electrolisis.*Primera Ley*: La cantidad de
sustancia depositada o liberada en unelectrodo es directamente
proporcional a la cantidad de electricidad(carga) que pasa por
l.*Segunda Ley*: La cantidad de electricidad que se requiere
paradepositar o liberar un equivalente qumico de un elemento es
siempre lamisma y es aproximadamente 96500 C (Coulombs o
Culombios).Para recordar el concepto de equivalente qumico, diremos
que elequivalente qumico de un elemento es igual al peso molecular
divididopor su valencia. Si tiene ms de una se usa la que utiliza
en la reaccin.Las reacciones qumicas de una electrolisis, son
reacciones redox. Alelectrodo negativo se llama Ctodo. All es donde
ocurre la reduccin yen el positivo o nodo se produce la
oxidacin.Veremos un caso de electrolisis. La del cloruro de sodio.
Esta puededarse de dos maneras distintas. Cloruro de Sodio puro o
fundido oCloruro de Sodio en solucin acuosa. En este ltimo caso
veremos que elagua toma fuerte participacin en el proceso.Cloruro
de Sodio (NaCl) Fundido.El NaCl se encuentra formado por sus dos
iones Na^+ y Cl^- . El Na^+ porser positivo se dirigir al electrodo
negativo (Ctodo)*.* Por estemotivo se llamar Ctodo. Y su reaccin
ser:Na^+ + e^- Na (Reduccin).En el otro electrodo (nodo), se
producir la siguiente reaccin.2 Cl^- Cl_2 + 2e^-Multiplicamos a la
primera reaccin por 2 para equilibrar los electrones.2 Na^+ + 2e^-
2 NaSumamos las dos reacciones obteniendo la total.2 Cl^- + 2 Na^+
Cl_2 + 2 Na2 NaCl Cl_2 + 2 NaSe obtiene cloro gaseoso en el nodo y
Sodio en el ctodo.Ahora veremos la electrolisis para el cloruro de
sodio en medio acuoso.Ac la diferencia se produce en el ctodo. El
Sodio esta vez noparticipa del proceso de reduccin sino que es el
agua quien loreemplaza. Esto tiene una explicacin. Hay una
propiedad que se llama*Potencial de oxidacin* o *Potencial de
reduccin*. Actualmente se usams el trmino potencial de reduccin.
Existen tablas en donde figuranla mayora de los elementos y
compuestos que se los ha llevado aelectrolisis y los potenciales de
reduccin para cada uno de ellos. Esacapacidad est dada por valores
numricos. El potencial 0 corresponde alhidrgeno cuando pasa de
catin a molcula neutra.2 H^+ H_2A partir de este valor como
parmetro se han medido muchsimos ms paralos dems elementos. El
potencial de reduccin del agua es superior aldel sodio. Por eso
cuando ambos se encuentran, el de mayor potencialser el
protagonista en la reaccin, en este caso de reduccin. El Sodiotiene
un valor de -2.714V y el agua de -0.828V. de manera que lareaccin
que tendr lugar en el ctodo ser:2H_2 O + 2/e/^- H_2 + 2OH^-Y en el
nodo ser la misma que antes.2 Cl^- Cl_2 + 2e^-La reaccin global
es:2H_2 O + 2 Cl^- H_2 + 2OH^- + Cl_2El sodio se mantuvo sin
reaccionar, se conserva como Na^+ . Esta*electrolisis* es muy
aprovechada en la industria ya que se produceCloro gaseoso,
Hidrgeno gaseoso, e Hidrxido de sodio por lacombinacin de los iones
Na^+ con los OH^- .Veremos otro caso. La electrolisis del Sulfato
Cprico (CuSO_4 ).Esta sal se disocia en los siguientes iones:CuSO_4
Cu^++ + SO_4 ^-2El Cu^++ se dirigir al ctodo y se reducir:Cu^++ +
2e^- CuLa reaccin andica es algo ms complicada. Los iones sulfato
(SO_4 ^-2) que se suponen que se oxidaran en el nodo, sern
desalojados de esteproceso por el agua. Esto se explica por el
potencial de reduccin mselevado que tiene el ion sulfato. El valor
superior indica que elsulfato se reduce ms que el agua o si
invertimos los valores decimosque el agua tiene un mayor potencial
de oxidacin por lo tanto se oxidams que el ion sulfato.2 SO_4 ^-2
S_2 O_8 ^-2 + 2e^- V= -2.074 OH^- O_2 + 2 H_2 O + 4 e^- V=
-0.40Como vemos, la reaccin que se dar es la oxidacin del agua y no
la delion sulfato. *Ejercicios:*Calcular cuntos gramos de Plata se
depositaran en la electrolisis delAgNO_3 si pasaron 4 amperes
durante 30 minutos.La reaccin del catin Ag^+ en este proceso
ser:Ag^+ + e^- Ag (reaccin catdica).Para saber la cantidad de masa
depositada debemos calcular la cantidadde electricidad o culombios
que circularon durante ese tiempo.La cantidad de electricidad es
igual a la intensidad de corrientemultiplicada por la cantidad de
tiempo.Q = I.TLas unidades que se usan para estas magnitudes son
las siguientes:Q = C (Coulombs)I = A (Amperes)T = S
(Segundos).Pasaremos el tiempo a minutos:30 min x 60 seg / 1 min =
1800 segCancelamos los minutos, quedando solo segundos.T = 180
segundos.Ahora calculamos la cantidad de coulombs:Q = 4 amp x 180
seg.Q = 720 C.Calculamos el equivalente qumico de la Plata:107
grs/1 = 107grs.Si 96500 C depositan un equivalente qumico de Plata.
720 depositaran:720 C x 107 grs. / 96500 C = 0,798 grs.Rta: 0.798
grs.Cuntas horas se precisan para que se descomponga 1 gramo de
agua en unproceso electroltico con una corriente de un
ampere?.Tendremos que calcular la cantidad de coulombs requeridos.4
OH^- O_2 + 2 H_2 O + 4 e^-2.(2H_2 0 + 2/e/^- = H_2 + 2OH^- )__2 H_2
O O_2 + 2 H_2_1 gramo de H2O x (1 mol / 18 grs) x (4 mol e / 2
moles) x (96500 C /1mol e) = 10722,22 CComo tenemos la intensidad
de corriente, calculamos el tiempo requeridopara este proceso.T =
Q/IT = 10722.22C/3T= 3575 seg.3575 seg x 1 hora / 3600 seg = 1
horaCalcular el peso de cobre que se producir por la reduccin de
ionesCu^++ luego del paso de 3.2 amperes de corriente durante 40
minutos, poruna solucin de Sulfato de Cobre. Qu volumen de oxigeno
en C.N.P.T. segenerara por la oxidacin del agua?.Al igual que en el
problema anterior pasamos a segundos el tiempo.40 min x 60 seg / 1
min = 2400 segQ = I.tQ = 2400 seg. X 3.2 amp.Q = 7680 C.Calculamos
el equivalente qumico del cobre, en este caso:63.54 grs/2 = 31.77
grs.7680 C x 31,77 grs / 96500 C = 2,53 grs Para calcular el
volumen de oxigeno generado debemos usar la oxidacindel agua:4 OH^-
O_2 + 2 H_2 O + 4 e^-Observamos que por cada mol de oxigeno
producido se usan 4 moles deelectrones. Y cada mol de electrones
est asociado a 96500 c de carga.7680 C x ( 1mol e / 96500 C ) x ( 1
mol O2 / 4 mol e ) x ( 22,4 lts / 1mol O2 ) = 0,445 lts*PILAS*:Son
aquellos instrumentos que producen energa elctrica
mediante*reacciones redox* espontaneas.Al igual que la cuba
electroltica, las *pilas* estn compuestas por doselectrodos, ctodo
y nodo, conectados a dos terminales. En el ctodo seproduce la
reduccin y en el nodo la oxidacin.La diferencia es que aqu, el
ctodo es positivo y el nodo negativo.Aparte el sentido del proceso
es inverso, ya que no se aplica energaelctrica para producir iones
sino que la reaccin redox es la queprovee energa elctrica. Esta
energa se cuantifica a travs de ladiferencia de potencial generada
por la pila, la cual se mide en Volt (V).Generalmente los
electrodos estn formados por metales o no metales encontacto
directo con sus iones. Todos los valores de potenciales dereduccin
de los elementos e iones se encuentran tabulados encondiciones
estndar. Se denomina tabla de potenciales estndar dereduccin. Las
condiciones estndar se refieren a una temperatura de25C y una
concentracin molar de los iones de 1M, para los gases unapresin de
1 atmosfera. Los valores han sido calculados gracias a
loselectrodos de referencia, es decir, para saber el potencial de
reduccindel cobre por ejemplo, se forma la pila entre este y un
electrodo dereferencia cuyo valor se establece. El ms usado ha sido
el electrodonormal de hidrgeno, asignndosele el valor 0. Por lo
tanto si el valorde la pila entre este y el cobre da 0.336v,
deducimos que el valor delpotencial de reduccin del Cu^+2 a Cu es
de 0.336v. Mientras mayor eseste potencial significa que el
elemento tiene ms tendencia a reducirseque otro. Esto sirve para
saber quien se oxidara y reducir cuandoenfrentamos dos elementos en
una pila. El de mayor potencial se reduciry de menor potencial se
oxidara. *Ejercicios:*Determinar entre los cationes Ag^+ y Cu^++ ,
quien se oxida y quien sereduce en condiciones estndar si los
enfrentamos en un procesoelectroltico.Primero hay que consultar la
tabla de potenciales estndar de reduccin.Ag^+ + /e/- Ag 0.779vCu^2+
+ 2/e/^- Cu 0.336vCon estos valores vemos que la plata tiene un
mayor potencial dereduccin, o sea que se reducir ms que el cobre.
Por este motivo, laplata se reducir y el cobre se oxidara.2 Ag^+ +
2 /e/- 2 Ag CtodoCu Cu^2+ + 2/e/^- nodo2 Ag^+ + 2 /e/- + Cu 2 Ag +
Cu^2+ + 2/e/^-Si calculramos el potencial estndar de la celda,
veremos que arroja unvalor positivo. Esto significa que el proceso
descripto con lasreacciones es espontaneo, por lo tanto, el
correcto.El potencial de una celda se calcula restando al potencial
catdico elpotencial andico.E = E_c E_aE = 0.779v 0.336vE = 0.443vSi
se tienen dos electrodos que se quieren acoplar:Cd^+2 , Cd =
-0.403vSn^+2 , Sn = -0.136va) En qu electrodo ocurrir la
oxidacin?b) Cul de los potenciales de reduccin es el ms negativo?c)
Cul ser el polo positivo de la pila?La oxidacin ocurrir en el
electrodo con menor potencial de reduccin,o sea, en el de
Cadmio*.*El potencial de reduccin ms negativo es el de cadmio.El
polo positivo de la pila esta en el ctodo, o sea, en este caso en
elde estao.Los valores de potenciales de reduccin para el Zn y Cu
son:Zn^+2 /Zn = -0.763v Cu^+2 /Cu = 0.336va) Calcular la FEM de la
pilab) Escribir las reacciones que ocurrenc) Haga un esquema de la
pila.La FEM o diferencia de potencial de la pila se calcula con la
frmulaE = E_c E_aE = 0.336v ( 0.763v)E = 1.1 vLas reacciones del
proceso son:Cu^+2 + 2e^- Cu Ctodo (Reduccin)Zn Zn^+2 + 2e^- nodo
(Oxidacin)La notacin simblica de esta pila es:Zn/ZnSO_4
(1M)//CuSO_4 (1M)/CuLa parte de la izquierda representa al nodo y
su reaccin. Formada porel Zn y su ion. Constituye el polo negativo.
A la derecha se encuentrael ctodo de cobre con sus iones Cu^++ .
Ambas semipilas estn unidaspor el puente salino simbolizado por la
doble lnea.En muchos casos, las concentraciones se alejan del
estado estndar de1M. Para estas nuevas condiciones, existe una
ecuacin que se ajustabien para el clculo de los potenciales de las
pilas.La ecuacin de Nernst se utiliza con este propsito. *E = E -
(0,059 / n) x log Q* E = Potencial en condiciones no estndar.E=
Potencial estndarQ = Cociente de reaccinn = Nmero de moles de
electronesEl valor 0.059 es una constante que involucra a la
Temperatura absoluta,la R (Constante d los gases, 8.314J/mol K) y
el valor del Faraday (96500J/Vmole-).Cuando hablamos de Q, estamos
haciendo referencia al cociente dereaccin. Es igual a cociente
entre las concentraciones molares de lasespecies reducidas elevadas
a sus coeficientes estequiomtricos divididalas concentraciones
molares de las especies oxidadas elevadas tambin asus coeficientes
estequiomtricos.Q = [ Red ]^y / [ Ox ]^xEjemplo:Calcular la FEM de
la siguiente pila teniendo en cuenta lasconcentraciones de los
siguientes iones:[Cr_2 O_7 ^-2 ] = 0,5M, [Cr^+3 ] = 0.2M, [Fe^+3 ]
= 0.6M, [Fe^+2 ] =0.3M [H^+ ] = 0.4MPrimero debemos determinar
quien se oxidara y quien se reduciraconsultando las tablas de
potenciales redox.Fe^+3 /Fe^+2 = 0.770VCr_2 O_7 ^-2 /Cr^+3 =
1.333VVemos que segn los potenciales de reduccin estndar el hierro
tienems tendencia a la reduccin. Si las concentraciones fuesen las
estndarno habra ninguna duda de la direccin de estas reacciones
redox. Peroaqu cobrara importancia las concentraciones de las
especies en la FEMde la pila.Cr_2 O_7 ^-2 + 14 H^+ + 6/e/^- 2Cr^3+
+ 7H_2 O6x(Fe^+2 Fe^+3 + e^- )______________Cr_2 O_7 ^-2 + 14 H^+ +
6/e/^- + 6Fe^+2 2Cr^3+ + 7H_2 O + 6Fe^+3 + 6e^-E = 1.333v 0.770vE =
0.563v.E = 0.563v 0.059 x log [Cr^+3 ]^2 . [Fe^+3 ]^6 / [Cr_2 O_7
^-2 ].[H^+]^14 .[Fe^+2 ]^6E = 0.563v 0.059 x log [0.2M]^2 .
[0.6M]^6 / [0.5M] . [0.4M]^14 .[0.3M]^6E = 0.563v 0.059 x 6.284E =
0.563v 0.37vE = 0.193v.Publicado en Electrlisis, Pilas y Reacciones
Redox.,Qumica General | Etiquetas:electrlisis ,electrolitos ,
Pilas, Reacciones Redox 8 comentarios para Electrlisis y Pilas *
agus: 10 junio, 2011 a las 19:17 Excelente esta pagina de quimica
Responder * ana: 24 mayo, 2012 a las 9:52 buena pagina!! :)
Responder * abel: 9 julio, 2012 a las 13:58 Hola. increible aporte.
Muchas gracias..!! No tendras informacion sobre todos los
componentes de una pila de combustible y su ensamblaje? Estoy
fabricando un dispositivo casero de electrolisis para almacenar
hidrogeno y oxigeno por separado. Solo necesito algunos datos (a
poder ser graficos) para emplear tecnologia inversa y poder
desarroyar un dispositivo casero. Gracias. Responder * Lenin
OLinser: 10 octubre, 2012 a las 12:41 bien tengo una duda con el
objetivo de calentar 40 litros de agua en un recipiente de plstico,
con los siguientes materiales: 2 barras pequeas de aluminio, 40
litros de agua, cable elctrico forrado de plstico y relleno de
cobre platinado. la duda es el agua despus de 6 horas llega a
calentarse, el consumo elctrico es mnimo comparado con hacerlo con
los calentadores de resistencia vendidos, el agua se puede utilizar
para el aseo personal? el agua se nota limpia excepto por el
residuo del aluminio que deja al hacer reaccin con el agua ya que
el material simula la electrolisis pues sus terminales nunca se
tocan. Responder o Elquimico : 6 enero, 2013 a las 10:09 Hola no
veo el problema el agua no esta contaminada. Ahora no veo prctico
que uses ese agua para aseo pero si la queres utilizar no veo el
problema. Responder * Mar: 2 mayo, 2013 a las 21:34 Hola, supongo
que habr oido hablar de la plata coloidal por electrolisis, he
comprado un generador con salida 34 volvios, y pinzas cocodrilo, en
teora la plata coloidal se hace con plata 999 de pureza y agua
destilada, a mi me sale transparente aunque con un poco de sabor
amargo a 15 ppm, aunque dicen que no debe saber a nada, me preocupa
el color negro que se le queda a uno de los electros de plata, el
otro tambien se oscurece pero menos, qu es lo que queda en el agua,
micro partculas de plata o tambien oxido de plata? no me fio de lo
que dicen por internet ya que no explican qu es las sustancia negra
que se adhiere al electrodo y si sta psa tambien al agua y en tal
caso supongo que resultara txico ingerirlo. Muchas gracias de
antemano! Responder o Elquimico : 2 mayo, 2013 a las 23:36 Por lo
que me dcis debe ser un tipo de xido que se genera Responder *
gabriel: 16 mayo, 2013 a las 23:31 disculpen en el problema
Calcular cuntos gramos de Plata se depositaran en la electrolisis
del AgNO3 si pasaron 4 amperes durante 30 minutos. I=4A T=30mim
q=4A x 30mim x 60 seg = 7200 entonces tenemos gracias a la ley de
faraday que masa depositada= equiv-g-/96500 x 7200 el equiv-g=
Ma/valencia equiv-g=107/1=107 entonces masa depositada=107/96500 x
7200 =7,983g Responder Deja un comentarioClic para cancelar
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