En la electrólisis se utiliza la energía
eléctrica para inducir una reacción química
no espontánea. Este proceso se lleva a cabo
en un dispositivo que se conoce como celda
electrolítica.
Electrólisis de cloruro de sodio
fundido
En su fase fundida, el cloruro de sodio
(un compuesto iónico) se puede
electrolizar para formar sodio metálico y
cloro
En el NaCl fundido, los catio- nes y los
aniones son los iones Na1 y Cl2,
respectivamente.
La celda electrolítica contiene un par de electrodos conectados a
una batería. Ésta funciona como una “bomba de electrones” que los
lleva hacia el cátodo, donde se efectúa la reduc- ción y los retira del
ánodo, donde se realiza la oxidación. Las reacciones en los
electrodos son:
Este proceso es la fuente principal de sodio metálico puro y de gas cloro.
Los cálculos teóricos indican que el valor de E° para el proceso global es de aproxi-
madamente 24 V, lo que significa que este proceso es no espontáneo. Por
consiguiente, la batería debe suministrar un mínimo de 4 V para que la reacción se
lleve a cabo.
Electrólisis del agua
El agua contenida en un vaso en condiciones atmosféricas (1
atm y 25°C) no se descom- pone de manera espontánea en
hidrógeno y oxígeno gaseosos porque el cambio de energía libre
estándar de la reacción es una cantidad positiva grande:
2H2O(l) ---> 2H2(g) + O2(g) ΔG°=5 474.4 kJ/mol
Esta celda electrolítica está formada por un par de electrodos de un metal inerte,
como el platino, sumergidos en agua. Cuando los electrodos se conectan a la ba- tería
no sucede nada, porque en el agua pura no hay suficientes iones para que lleven una
buena cantidad de corriente eléctrica. (Recuerde que a 25°C, en el agua pura los iones
H1 y OH2 alcanzan solamente una concentración de 1 3 1027 M.)
Por otro lado, la reacción se llevará a cabo rápidamente en una disolución de H2SO4
0.1 M porque tiene suficiente cantidad de iones para conducir la electricidad. De
inmediato empiezan a aparecer burbu- jas de gas en los dos electrodos.
Anodo
2H2O(l) ---> O2(g) + 4H1(ac) + 4e
Catodo
2H1(ac) + 2e2 ---> H2(g)
Electrólisis de una disolución acuosa de cloruro de sodio
Éste es el más complicado de los tres ejemplos de electrólisis que se estudian aquí,
porque una disolución acuosa de cloruro de sodio contiene varias especies que pueden
oxidarse y reducirse. Las reacciones de oxidación que se pueden llevar a cabo en el
ánodo son: (1): 2Cl2(ac) ---> Cl2(g) + 2e // (2): 2H2O(l) ----> O2(g) + 4H1(ac) + 4e
La diferencia entre el potencial de electrodo y el voltaje real necesario para la
electróli- sis se conoce como sobrevoltaje. El sobrevoltaje para formar O2 es muy
grande, así que, en condiciones normales de operación, en lugar de O2, en realidad se
forma el gas Cl2 en el ánodo.