Pregrado
  1. Química general  1.1. Introducción a la Química  1.2. Estructura atómica  1.2.1. Partículas subatómicas  1.2.2. Modelo Atómico  1.2.3. Números cuánticos  1.2.4. Configuración Electrónica  1.2.5. Tendencias periódicas  1.2.6. Isotopes and their applications  1.3. Enlace químico  1.3.1. Enlace iónico  1.3.2. Enlaces covalentes  1.3.3. Enlace Metálico  1.3.4. Hibridación  1.3.5. Geometría molecular y teoría VSEPR  1.3.6. Polaridad del enlace y momento dipolar  1.4. Estequiometría  1.4.1. Concepto de mol  1.4.2. Fórmula empírica y molecular  1.4.3. Reactante limitante y reactante en exceso  1.4.4. Porcentaje de Rendimiento y Pureza  1.4.5. Cálculo de dilución  1.5. Estados de la materia  1.5.1. Leyes de los Gases  1.5.2. Materia y Fuerzas Intermoleculares  1.5.3. Estructuras Sólidas y Cristalinas  1.5.4. Diagrama de fases  1.5.5. Plasma y fluido supercrítico  1.6. Reacciones químicas  1.6.1. Tipos de Reacciones Químicas  1.6.2. Balanceo de ecuaciones químicas  1.6.3. Reacciones termoquímicas  1.6.4. Perfiles de energía de reacción  1.7. Soluciones y mezclas  1.7.1. Unidades de concentración  1.7.2. Propiedades del síndrome  1.7.3. Solubilidad y Reglas de Solubilidad  1.7.4. La ley de Henry y la ley de Raoult  1.7.5. Coeficiente de partición  1.8. Equilibrio químico  1.8.1. La ley de acción de masas  1.8.2. El principio de Le Chatelier  1.8.3. Cociente de reacción  1.8.4. Para usar esta calculadora en línea para la constante de equilibrio, ingrese la constante de equilibrio (Eq.) y presione el botón de calcular. Aquí es cómo se puede explicar el cálculo de la constante de equilibrio con los valores de entrada dados -> 0.05 = 0.05/0.  1.8.5. Equilibrio ácido-base  1.9. Ácidos y bases  1.9.1. Definiciones de Arrhenius, Brønsted–Lowry y Lewis  1.9.2. pH y pOH  1.9.3. Titulación ácido-base  1.9.4. Solución Buffer  1.9.5. Indicador ácido-base  1.9.6. Polyprotic Acids and Bases  1.10. Electroquímica  1.10.1. reacciones redox  1.10.2. Celdas Galvánicas y Electrolíticas  1.10.3. Ecuación de Nernst  1.10.4. Electrólisis  1.10.5. Leyes de Faraday de la electrólisis  1.11. Termodinámica  1.11.1. Leyes de la Termodinámica  1.11.2. Entalpía, entropía y energía libre de Gibbs  1.11.3. Espontaneidad de las reacciones  1.11.4. Ciclos termodinámicos (Ley de Hess, ciclo de Carnot)  1.12. Cinética  1.12.1. La ley de velocidad y el orden de reacción  1.12.2. Energía de Activación y Catalizador  1.12.3. Teoría de colisiones  1.12.4. Mecanismo de reacción  1.12.5. Teoría del estado de transición
  2. Química orgánica  2.1. Estructura y relaciones  2.1.1. Hibridación en Compuestos de Carbono  2.1.2. Resonancia y aromatización  2.1.3. Orbitales moleculares  2.1.4. Efectos inductivo y mesomérico  2.2. Hidrocarburos  2.2.1. Hidrocarburos  2.2.2. Alqueno  2.2.3. Alquinos  2.2.4. Compuestos aromáticos  2.2.5. Cicloalcanos y Conformación  2.3. Grupo Funcional  2.3.1. Alcoholes y fenoles  2.3.2. Éteres y epóxidos  2.3.3. Aldehídos y cetonas  2.3.4. Ácidos carboxílicos y derivados  2.3.5. Aminas  2.3.6. Ésteres y amidas  2.3.7. Tioles y sulfuros  2.4. Estereoscópico  2.4.1. Isomería en Estereoquímica  2.4.2. Quiralidad y actividad óptica  2.4.3. Análisis estructural  2.4.4. Diastereómeros y Enantiómeros  2.5.1. Reacciones de sustitución  2.5.2. Reacciones de eliminación  2.5.3. Reacciones de adición  2.5.4. Reacciones radicales  2.5.5. Reacciones de reordenamiento  2.5.6. Reacciones Pericíclicas  2.6. Espectroscopía y análisis estructural  2.6.1. Espectroscopía Infrarroja  2.6.2. Espectroscopía por resonancia magnética nuclear  2.6.3. Espectrometría de masas  2.6.4. Espectroscopia UV-visible  2.6.5. Cristalografía de rayos X  2.7. Química de polímeros  2.7.1. Polímeros de Adición y Condensación  2.7.2. Mecanismo de polimerización  2.7.3. Polímero biodegradable  2.7.4. Polímeros conductores e inteligentes
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Ligandos y compuestos de coordinación  3.1.2. Teoría del campo cristalino  3.1.3. Teoría de Orbitales Moleculares en Compuestos de Coordinación  3.1.4. Distorsión de Jahn–Taylor  3.2. Química del grupo principal  3.2.1. Metales alcalinos y alcalinotérreos  3.2.2. Halógenos y Gases Nobles  3.2.3. Los metales de transición y sus complejos  3.2.4. Lantánidos y Actínidos  3.3. Solid state chemistry  3.3.1. Redes cristalinas y celdas unitarias  3.3.2. Defectos en sólidos  3.3.3. Propiedades eléctricas y magnéticas  3.3.4. Superconductividad  3.4. Química bioinorgánica  3.4.1. Iones metálicos en biología  3.4.2. Reacciones enzimáticas con metales  3.4.3. Intoxicación por metales y desintoxicación  3.4.4. Metaloproteínas y Metaloenzimas
  4. Química física  4.1. Química Cuántica  4.1.1. Dualidad onda-partícula  4.1.2. Ecuación de Schrödinger  4.1.3. Números Cuánticos y Orbitales  4.1.4. Espectroscopía atómica y molecular  4.2. Mecánica estadística  4.2.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  4.2.2. Funciones de partición  4.2.3. Estadísticas de Bose-Einstein y Fermi-Dirac  4.3. Termodinámica química  4.3.1. Energía Libre de Gibbs  4.3.2. Transición de fase  4.3.3. Eficiencia termodinámica  4.4. Química de superficies  4.4.1. Absorción y Catálisis  4.4.2. Coloides y Emulsiones
  5. Química Analítica  5.1. Métodos clásicos  5.1.1. Análisis Gravimétrico  5.1.2. titrímetro  5.2. Métodos instrumentales  5.2.1. Cromatografía  5.2.2. Espectroscopía  5.2.3. Métodos electroanalíticos  5.2.4. Difracción de rayos X
  6. Química Industrial  6.1. Petroquímica  6.2. Principios de ingeniería química  6.3. Química Verde  6.4. Farmacéuticos y Síntesis de Medicamentos
  7. Bioquímica  7.1. Carbohidratos  7.2. Proteínas y enzimas  7.3. Lípidos y membranas  7.4. Ácidos nucleicos  7.5. Metabolismo y Bioenergética  7.6. Cinética enzimática y mecanismo

Pregrado → Química general → Electroquímica → Introducción a la Química ↓


Electrólisis


La electrólisis es un proceso importante en el campo de la electroquímica. Involucra el uso de energía eléctrica para conducir una reacción química que no ocurriría naturalmente por sí sola. Este proceso es fundamental en varias aplicaciones industriales, incluyendo la producción de productos químicos, el galvanoplastia y la extracción de metales. En esta discusión detallada, debatiremos los principios de la electrólisis, sus aplicaciones y el funcionamiento detallado que involucra diversas sustancias.

¿Qué es la electrólisis?

La electrólisis es una técnica que utiliza un voltaje externo (corriente eléctrica) para estimular una reacción química no espontánea. Este proceso tiene lugar en un medio que puede conducir electricidad, conocido como un electrólito, generalmente un líquido que contiene iones.

Fundamentos de la electrólisis

El principio de la electrólisis se basa en la celda electroquímica. Una celda electroquímica tiene dos electrodos: un ánodo (positivo) y un cátodo (negativo). Estos electrodos generalmente están hechos de materiales inertes como platino o grafito. El electrólito es el medio a través del cual se mueven los iones durante el proceso de electrólisis.

      Ánodo(+) <---- electrólito ----> cátodo(-)
      positivo negativo
      Electrodo Electrodo

Cómo funciona la electrólisis

Cuando la electricidad pasa a través del electrólito, mueve iones hacia los electrodos, donde tienen lugar reacciones de reducción y oxidación.

  • Reacción del ánodo: La oxidación ocurre en el ánodo. Es aquí donde se pierden electrones.

    • A - → A + e -

  • Reacción del cátodo: La reducción tiene lugar en el cátodo. Aquí se obtienen electrones.

    • C + e - → C -

El proceso general puede resumirse por el movimiento de los cationes hacia el cátodo y los aniones hacia el ánodo. Las reacciones electroquímicas ocurren en los electrodos, completando el circuito y manteniendo el flujo de electrones a través del cable exterior.

Entendiendo la electrólisis a través de ejemplos

Para comprender la electrólisis en mayor profundidad, veamos algunos ejemplos específicos:

Ejemplo 1: Electrólisis del agua

La electrólisis del agua es un ejemplo popular. Aquí, el agua se descompone en gases de oxígeno e hidrógeno. Para que ocurra esta reacción, se añade una pequeña cantidad de electrólito (como ácido sulfúrico) al agua para mejorar la conductividad eléctrica.

      2 H 2 O(l) → 2 H 2 (g) + O 2 (g)
  • Ánodo (oxidación): El agua pierde electrones para formar oxígeno.

    • 2 H 2 O(l) → O 2 (g) + 4 H + + 4 e -

  • Cátodo (reducción): Los iones de hidrógeno aceptan electrones para formar hidrógeno.

    • 4 H + + 4 e - → 2 H 2 (g)

Ejemplo 2: Electrólisis de cloruro de sodio fundido (NaCl)

Este proceso a menudo se utiliza para extraer sodio y cloro. Cuando se derrite, el cloruro de sodio se disocia en sodio (Na +) y cloruro ( Cl− ) iones.

      2 NaCl(l) → 2 Na(s) + Cl 2 (g)
  • Ánodo (oxidación): Los iones de cloruro pierden electrones para formar gas de cloro.

    • 2 Cl - → Cl 2 (g) + 2 e -

  • Cátodo (reducción): Los iones de sodio ganan electrones para formar metal de sodio.

    • 2 Na + + 2 e - → 2 Na(s)

Aplicaciones de la electrólisis

La electrólisis tiene muchas aplicaciones prácticas, algunas de las cuales se detallan a continuación:

1. Galvanoplastia

La galvanoplastia utiliza electrólisis para cubrir un objeto con una capa delgada de metal. Esto puede mejorar la resistencia a la corrosión, el atractivo estético y reducir costos utilizando metales menos costosos. Por ejemplo, la galvanoplastia de plata sobre un objeto de latón implica usar ese objeto como cátodo en una solución de nitrato de plata.

2. Purificación de metales

El refinamiento electrolítico es un proceso usado para purificar metales eliminando impurezas a través de la electrólisis. Un ejemplo común de esto es el refinamiento del cobre.

3. Producción de productos químicos

Algunos productos químicos se fabrican utilizando electrólisis, como el cloro y el hidróxido de sodio, a partir de la electrólisis de salmuera (una solución concentrada de sal).

4. Extracción de metales

Metales como el aluminio se extraen de sus minerales utilizando electrólisis. Es particularmente eficaz para extraer metales que son más reactivos y no pueden obtenerse a través de una simple reducción con carbono.

Una mirada en profundidad a los componentes de la celda electrolítica

  • Electrólito: Generalmente, un electrólito es un compuesto que se disocia en iones cuando se disuelve en agua o se derrite. Debe tener iones que se muevan libremente para conducir electricidad. Ejemplos comunes incluyen H 2 SO 4 y NaCl.
  • Electrodo: Los electrodos conectan el electrólito a un circuito externo. El material de los electrodos puede afectar el proceso, ya que deben ser químicamente inertes suficientes para no disolverse durante la electrólisis.
  • Fuente de energía: La corriente eléctrica se suministra a la celda electrolítica a través de una fuente de corriente continua (DC), proporcionando la energía externa necesaria para la reacción.

Factores que afectan la electrólisis

Se requiere una comprensión de varios factores para operar y optimizar el proceso de electrólisis:

1. Naturaleza del electrólito

El tipo de iones presentes afecta a los productos de la electrólisis. Diferentes electrólitos producen diferentes elementos o compuestos en los electrodos.

2. Concentración de iones

La concentración de iones puede afectar la tasa de electrólisis y, a veces, a los productos, particularmente cuando hay múltiples tipos de iones compitiendo por la transferencia de electrones.

3. Material del electrodo

Aunque idealmente inertes, algunos electrodos pueden participar en reacciones y afectar los productos de la electrólisis.

4. Voltaje aplicado

El voltaje o potencial eléctrico aplicado afecta qué reacciones ocurrirán. Voltajes más altos pueden promover reacciones químicas más difíciles.

5. Temperatura

Aumentar la temperatura generalmente aumenta la tasa de reacción porque los iones se mueven más rápido, afectando potencialmente la eficiencia y el resultado de la electrólisis.

Aspectos cuantitativos de la electrólisis

Leyes de Faraday de la electrólisis

Michael Faraday estableció leyes que describen cómo las cantidades de sustancias se liberan durante la electrólisis. Estas leyes forman la base para comprender los aspectos cuantitativos:

Primera ley de Faraday de la electrólisis:

La masa de material depositada o liberada en un electrodo es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que pasa a través del electrólito.

m = ZQ donde m es la masa, Z es el equivalente electroquímico y Q es la carga eléctrica total.

Segunda ley de Faraday de la electrólisis:

Cuando la misma cantidad de electricidad pasa a través de diferentes electrólitos, la masa de la sustancia liberada en el electrodo es proporcional a sus pesos equivalentes.

Desafíos y consideraciones en la electrólisis

A pesar de ser ampliamente útil, los procesos de electrólisis vienen con una variedad de desafíos y consideraciones:

Consumo de energía

La electrólisis puede ser intensiva en energía, a menudo requiriendo consideraciones de costo y eficiencia, especialmente para aplicaciones de escala industrial.

Reacciones en el electrodo

Reacciones secundarias indeseables en los electrodos pueden resultar en la generación de impurezas y afectar la producción.

Durabilidad del material

Los electrodos y los recipientes de las celdas deben resistir ambientes corrosivos para evitar la corrosión y la contaminación.

Conclusión

La electrólisis es una parte integral de la química moderna, con diversas aplicaciones en la industria y la química aplicada. Comprender sus principios, los factores que afectan el proceso y gestionar los desafíos permite un uso eficiente y efectivo en una variedad de transformaciones químicas. Desde aplicaciones simples de laboratorio hasta producciones industriales sofisticadas, la electrólisis sigue siendo una piedra angular de la ingeniería química y la ciencia de materiales.


Pregrado → 1.10.4


U
username
0%
completado en Pregrado

← Anterior (1.10.3)
Ecuación de Nernst
Siguiente (1.10.5) →
Leyes de Faraday de la electrólisis

Comentarios 



Electrólisis

https://www.chemistryelite.com/ug/1.10.4?ceal=es