Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Electrólisis


La electrólisis es un proceso esencial en el campo de la electroquímica. Implica el uso de una corriente eléctrica para producir una reacción química que de otro modo no ocurriría. Este proceso tiene amplias aplicaciones en diversas industrias como la manufactura, la minería e incluso el arte. En esta guía completa, discutiremos los detalles de la electrólisis, cómo funciona y varios ejemplos que ilustran sus principios.

Fundamentos de la electrólisis

La electrólisis se origina en los fundamentos de la electroquímica, donde la energía eléctrica se convierte en energía química. Esto ocurre en una celda electroquímica llamada celda electrolítica, que consta de los siguientes componentes principales:

  • Ánodo: El electrodo positivo donde ocurre la oxidación.
  • Cátodo: El electrodo negativo donde ocurre la reducción.
  • Electrolito: Una sustancia que contiene iones libres y que conduce electricidad, facilitando así un cambio químico.
  • Fuente de energía: Proporciona la corriente eléctrica necesaria para la electrólisis.

El proceso de electrólisis básicamente involucra el movimiento de electrones e iones. En el ánodo, ocurre la oxidación, lo que significa que los electrones se desprenden de los iones o moléculas presentes, mientras que en el cátodo, ocurre la reducción cuando se ganan electrones. Estas reacciones a menudo se expresan en términos de medio ecuaciones y estequiometría global. Por ejemplo, en la electrólisis del agua, la reacción general puede representarse como:

        2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)

Las medio ecuaciones para esto serán las siguientes:

        Ánodo: 2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq) + 4e-
        Cátodo: 4H+(aq) + 4e− → 2H2(g)

Visualización de la electrólisis

Intentemos visualizar lo que ocurre durante el proceso de electrólisis usando algunos diagramas simplificados. A continuación se muestra una representación general de una celda electrolítica:

Ánodo Cátodo Electrolito (por ejemplo, NaCl) Batería

En este diagrama, se ve el ánodo, marcado en rojo, y el cátodo, marcado en azul, sumergidos en la solución. Normalmente, el electrolito facilita el movimiento de iones entre los electrodos, resultando en el flujo de corriente eléctrica proporcionada por la batería.

Factores que afectan la electrólisis

Varios factores afectan el proceso de electrólisis, lo cual influye en la eficiencia, velocidad y resultado de las reacciones. Exploremos estos factores en detalle:

  1. Naturaleza del electrolito: El tipo y la concentración del electrolito son importantes. Los iones presentes, su movilidad y concentración pueden determinar la eficiencia del proceso de electrólisis.
  2. Material del electrodo: La selección del material del electrodo puede afectar la reacción, ya que algunos materiales pueden reaccionar con el electrolito, mientras que otros son inertes.
  3. Temperatura: Temperaturas más altas generalmente aumentan la velocidad de una reacción porque otorgan más energía a las partículas involucradas, aumentando su velocidad e interacciones.
  4. Corriente: La cantidad de corriente eléctrica suministrada afecta directamente la velocidad de la electrólisis. Mayor corriente generalmente acelerará la reacción, pero también puede aumentar el consumo de energía.

Aplicaciones de la electrólisis

La electrólisis tiene numerosas aplicaciones en varias industrias, lo que refleja su versatilidad e importancia. Aquí hay algunas de las principales aplicaciones:

1. Extracción y refinamiento de metales

La electrólisis se utiliza ampliamente para extraer y refinar metales de sus minerales. Por ejemplo, el aluminio se extrae de su mineral, bauxita, mediante electrólisis, conocida como el proceso Hall–Héroult:

        2Al2O3(s) + 3C(s) → 4Al(l) + 3CO2(g)

En el refinamiento de metales, la electrólisis se puede utilizar para purificarlos. Por ejemplo, el cobre se refina mediante electrólisis:

        Cu impuro → Cu puro (en el cátodo)

2. Galvanoplastia

La electrólisis facilita el proceso de galvanoplastia, donde una fina capa de metal cubre una superficie para mejorar la apariencia, reducir la corrosión o mejorar la resistencia al desgaste. Ejemplos típicos incluyen el chapado en oro o plata en joyas o el zincado de objetos de hierro o acero.

Ánodo Cátodo Batería Iones de oro

Durante la galvanoplastia, el objeto a recubrir actúa como el cátodo en una celda electrolítica. Los iones de metal de la solución se reducen y depositan en la superficie del objeto, formando un recubrimiento metálico coherente.

3. División del agua

La electrólisis se puede utilizar para dividir el agua en gases hidrógeno y oxígeno, una reacción que es muy prometedora para el almacenamiento de energía y la producción de combustibles:

        2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)

El hidrógeno producido puede servir como un combustible limpio en celdas de combustible de hidrógeno, ofreciendo una solución potencial a los desafíos energéticos globales.

4. Producción de cloro e hidróxido de sodio

Una de las aplicaciones industriales más importantes de la electrólisis es el proceso cloro-álcali, en el que se producen gas cloro, hidróxido de sodio y gas hidrógeno a partir de la electrólisis de cloruro de sodio (NaCl):

        2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH

Este proceso es fundamental en la fabricación de diversos bienes de consumo, como desinfectantes, lejía y otros reactivos químicos.

Consideraciones ambientales

Aunque la electrólisis ofrece beneficios industriales y comerciales, también plantea preocupaciones ambientales. La energía necesaria para la electrólisis generalmente proviene de combustibles fósiles, que producen emisiones de carbono. Sin embargo, los avances en fuentes de energía renovables como la solar, eólica e hidroeléctrica tienen como objetivo reducir estos impactos ambientales al proporcionar la energía necesaria para la electrólisis de una manera sostenible.

En general, la electrólisis se presenta como un proceso poderoso en miríadas de aplicaciones. La capacidad de impulsar reacciones químicas utilizando electricidad ha transformado muchas industrias y promete una mayor innovación a medida que avanza la tecnología. Ya sea refinando metales o produciendo productos químicos esenciales, comprender y utilizar los principios de la electrólisis es una piedra angular de la ciencia y la ingeniería modernas.


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