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Monografia Tema Electrolisis

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QUIMICA ANALITICA

ELECTROLISIS

ALUMNOS: ESTRADA ROMERO JEAN ANTONY ASALDE CHOZO GIAN FRANCO PROFESOR: PABLO CALDERON BACN CURSO: QUIMICA ANALITICA CICLO: CICLO: 2010- II

LAMBAYEQUE, MAYO, 2011

QUIMICA ANALITICA

ELECTROLISIS

ElectrolisisIntroduccin terica: Ciertas sustancias, (cidos, hidrxidos, sales y algunos xidos metlicos disueltos o fundidos) son conductores de electricidad al mismo tiempo que se descomponen al paso de la corriente elctrica, estas llamadas electrolitos. A tal fenmeno se le denomina electrlisis y constituye fundamentalmente un proceso de oxidacin reduccin que se desarrolla "no espontneamente" es decir, un conjunto de transformaciones que implican un aumento de energa libre del sistema, y por ende, requiere para su realizacin el concurso de una fuerza externa de energa. Al igual que en las pilas electroqumicas, una reaccin de electrlisis puede ser considerada como el conjunto de dos medias reacciones, una oxidacin andica y una reduccin catdica. Para comprender mejor el fenmeno lo explicaremos en detalle: Cuando conectamos los electrodos con una fuente de energa (generador de corriente directa), el electrodo que se une al borne positivo del generador es el nodo de la electrlisis y el electrodo que se une al borne negativo del generador es el ctodo de la electrlisis. Las reacciones que tienen lugar en los electrodos de la electrlisis estn en general determinadas por leyes energticas, as como en la pila, la reaccin en cada electrodo es la que corresponde a una reaccin que produzca la mxima disminucin de energa libre, en la electrlisis se producirn las reacciones que correspondan a una reaccin total que produzca el mnimo aumento de energa libre. En el caso de electrlisis de sales fundidas como el NaCl, en el ctodo solo puede verificarse una reaccin que es la reduccin de los iones Na pues el in Cl solo puede oxidarse, y en el nodo se produce la oxidacin de los iones Cl , pues Na solo puede reducirse.

Cuando se trata de electrlisis de disoluciones acuosas de diversos electrolitos, las reacciones que tienen lugar en el nodo deben escogerse de acuerdo con los principios energticos a que nos hemos referido antes, pues existe ms de una oxidacin posible en el nodo ms de una reduccin posible en el ctodo, debido a que adems de las especies inicas producidas por los electrolitos

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estn presentes las molculas de agua y la misma puede oxidarse y reducirse de forma similar a la sales. Por ejemplo durante la electrlisis de la solucin de CuSO 4 (con electrodos de platino liso) sobre el ctodo se observa la separacin del cobre metlico. En cambio sobre el nodo dejan su carga las molculas de agua y no los iones SO4 .

El esquema de la electrlisis es como sigue: Sobre el ctodo (-): 2Cu Sobre el nodo (+): 3H2O + 4e 2H3O 2Cu + 1/2O2 + 2e

Sobre el nodo en este caso se separa el oxgeno, que se elimina como gas, y en la solucin, en las proximidades del nodo, se acumulan los iones H , que pueden estar presentes solo con una cantidad equivalente de algunos aniones. Tales aniones son SO4 , que se desplazan durante la electrlisis hacia el nodo y se acumulan en las proximidades de este junto con los iones H . Por consiguiente, junto al nodo, adems del oxgeno se forma tambin el cido sulfrico (como iones correspondientes), es decir la solucin se acidifica. En general en el caso de disoluciones acuosas, debe tenerse presente que las molculas de agua pueden oxidarse o reducirse de acuerdo con las siguientes ecuaciones: Oxidacin: 3 H2O Reduccin: H2O + 1e 2H3O + 1/2 O2 + 2e E0 = 1.23V

1/2 H2 + OH

E = - 0.82 V (a pH = 7)

Note que en aquellos casos en que las disoluciones tienen un pH diferente de cero (como esta segunda) los potenciales ya no son llamados E0 sino que han variado de acuerdo con los valores de [H3O la conocida ecuacin de Nernst. ] y [OH ] y deben ajustarse con

En las electrlisis pueden tener lugar tambin otros procesos de oxidacinreduccin sin que sobre el electrodo se deposite la fase slida; as, los iones Fe e I se oxidan a Fe e I2, mientras que los Fe e I2 se reducen sobre el ctodo a Fe eI , etc.

Si el nodo no es de platino, sino de cualquier otro metal, tambin puede participar en los procesos de oxidacin reduccin, que tienen lugar durante la electrlisis. As, se haba visto que durante la electrlisis de la solucin CuSO4,

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utilizando un nodo de platino, las molculas de agua se oxidan sobre el mismo a O2. Si el nodo de platino se sustituye por uno de cobre, sobre el mismo, durante la electrlisis, no se oxidaran ya las molculas de agua, sino el material del propio electrodo, es decir cobre metlico, que pierde electrones ms fcilmente todava que las molculas de agua. En consecuencia, el nodo se disolver con la formacin de los iones Cu : Cu - 2e Cu

Simultneamente, sobre el ctodo se depositar una cantidad equivalente de cobre. En otras palabras tendr lugar una especie de paso de cobre del nodo al ctodo.

Proceso El proceso consiste en:

Se aplica una corriente elctrica continua mediante un par de electrodos conectados a una fuente de alimentacin elctrica y sumergida en la disolucin. El electrodo conectado al polo negativo se conoce como ctodo, y el conectado al positivo como nodo. Cada electrodo atrae a los iones de carga opuesta. As, los iones negativos, o aniones, son atrados y se desplazan hacia el nodo, mientras que los iones positivos, o cationes, son atrados y se desplazan hacia el ctodo.

Animacin sobre la Electrolisis del Agua.

La energa necesaria para separar a los iones e incrementar su concentracin en los electrodos es aportada por la fuente de alimentacin elctrica.

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En los electrodos se produce una transferencia de electrones entre stos y los iones, producindose nuevas sustancias. Los iones negativos o aniones ceden electrones al nodo (-) y los iones positivos o cationes toman electrones del ctodo (+).

En definitiva lo que ocurre es una reaccin de oxidacin-reduccin donde la fuente de alimentacin elctrica se encarga de aportar la energa necesaria.

Aplicaciones industriales de la electrlisis La descomposicin electroltica es la base de un gran nmero de procesos de extraccin y fabricacin muy importantes en la industria moderna. Produccin y Refinado de Metales Soda Custica: La soda o sosa custica (un producto qumico importante para la fabricacin de papel, rayn y pelcula fotogrfica) se produce por la electrlisis de una disolucin de sal comn en agua. La reaccin produce cloro y sodio. El sodio reacciona a su vez con el agua de la pila electroltica produciendo sosa custica. El cloro obtenido se utiliza en la fabricacin de pasta de madera y papel. Horno Elctrico: aplicacin industrial importante de la electrlisis, que se utiliza para la produccin de aluminio, magnesio y sodio. En este horno, se calienta una carga de sales metlicas hasta que se funde y se ioniza. A continuacin, se deposita el metal electrolticamente. 1. Aluminio: es el elemento metlico ms abundante en la corteza terrestre. Es un metal poco electronegativo y extremamente reactivo. Se encuentra normalmente en forma de silicato de aluminio puro o mezclado con otros metales como sodio, potasio, hierro, calcio y magnesio, pero nunca como metal libre. La bauxita, un xido de aluminio hidratado impuro, es la fuente comercial de aluminio y de sus compuestos. Para la electrlisis del xido de aluminio unido a la criolita (Na 3Al F6) se emplean cubas de hierro recubiertas por carbn de retorta, que hace de ctodo y nodos de grafito. Primero se coloca en el interior de la cuba, criolita y se acercan los nodos a las paredes de la cuba, de esta forma se genera un arco elctrico (1000 C) que funde la criolita. Se aade entonces el xido de aluminio y comienza la electrlisis. El ctodo se va consumiendo durante el proceso y aluminio fundido

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se deposita en el fondo de la cuba donde se retira por un orificio lateral, ubicado en la parte inferior de la misma.

nodo: 6O= + 3C Ctodo: 4Al+++ + 12eReaccin global: 2AL2O3 4AL+++ + 6O= 4Al 3CO2 + 12e-

Este proceso sigue siendo el mtodo principal para la produccin comercial de aluminio, aunque se estn estudiando nuevos mtodos. La pureza del producto se ha incrementado hasta un 99,5% de aluminio puro en un lingote comercialmente puro; posteriormente puede ser refinado hasta un 99,99 por ciento. La produccin mundial de aluminio ha experimentado un rpido crecimiento, aunque se estabiliz a partir de 1980. En 1900 esta produccin era de 7.300 toneladas, en 1938 de 598.000 toneladas y en 1993 la produccin estimada de aluminio primario era de unos 19 millones de toneladas.

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2. Manganeso: El manganeso puro se obtiene por la combustin del dixido de manganeso (pirolusita) con polvo de aluminio y por la electrlisis del sulfato de manganeso. Este metal no se da en la naturaleza en estado puro, pero se encuentra ampliamente distribuido en todo el mundo en forma de menas. Ocupa el lugar 12 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre.

3. Sodio: Slo se presenta en la naturaleza en estado combinado. Se encuentra en el mar y en los lagos salinos como cloruro de sodio, y con menor frecuencia como carbonato de sodio y sulfato de sodio. El sodio comercial se prepara descomponiendo electrolticamente cloruro de sodio fundido. El sodio ocupa el sptimo lugar en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. El mtodo Downs para el refinado del sodio consta de un aparato que esta constituido por una caldera de hierro A,por cuya parte inferior entra un nodo de grafito B. El ctodo C entra en la masa fundida de NaCl. Al circular una corriente por el cloruro de sodio fundido, se producen las si