Células electrolíticas

La electrólisis consiste en la producción de una reacción redox, que no es espontánea, mediante una corriente eléctrica.

Los primeros trabajos sobre electrólisis se deben a M. Faraday (1833). Actualmente, este proceso tiene gran interés industrial, bien para obtener ciertas sustancias químicas, como Cl2, 02, H2, o metales, como Na, Mg, Ca, Al, etc.; o para bañar con plata, oro, etc., otros metales con el fin de embellecerlos o protegerlos; a este proceso se le llama galvanostegia.

Las reacciones electroquímicas son las oxidaciones y reducciones más ecológicas, pues no crean productos de desecho que puedan ser contaminantes de ríos o mares. La electricidad, aunque cara, es el oxidante y el reductor más limpio.

Las electrólisis más sencillas son las realizadas con sales fundidas, por ejemplo, NaCl (fundido).

El NaCl es un compuesto iónico que no conduce la electricidad en estado sólido, por lo cual, para realizar su electrólisis hay que fundirlo, de manera que sus iones queden libres.


La sal fundida se pone en una vasija llamada cuba o célula electrolítica, en la que se introducen dos electrodos inertes (que no reaccionen) de grafito o de platino y se conectan a un generador de corriente continua.

Los cationes Na+ se dirigen al cátodo (electrodo 0), toman electrones y se reducen. En el cátodo se deposita Na metal:


Los aniones Cl- se dirigen al ánodo (electrodo (±)), ceden electrones y s!e oxidan. En el ánodo se desprende Cl2:


La reacción total es:


El cátodo es el dador de electrones, luego es el reductor.

El ánodo es el aceptor de electrones, luego es el oxidante.

Análogamente se pueden realizar electrólisis de sales disueltas, por ejemplo, de una disolución de cloruro de cobre (II), CuCl2. El proceso que tiene lugar es el siguiente:



Sin embargo, la electrólisis en disolución acuosa es más compleja, ya que también puede electrolizarse el agua por dejar libres algunos iones H+ y OH- procedentes de su disociación. Esto es lo que sucede con los sulfatos y los nitratos: en el ánodo se descargan antes los iones OH- del agua que los iones SO42- o N03- , según la reacción:




 
Ley de Faraday

Como consecuencia de sus estudios, Faraday enunció una ley sobre la electrólisis:

La masa de una sustancia liberada en un electrodo es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que ha pasado por el electrólito, es decir, es proporcional a la intensidad de corriente y al tiempo durante el que circula.

Si en la electrólisis se descarga un ion monovalente, por cada mol se necesita el número de Avogadro de electrones:


La carga de un mol de electrones (96 500 C) es denominada constante de Faraday


Si se trata de un ion divalente, se necesita el doble de electrones, esto es, dos Faraday para depositar un mol.

De manera que la masa de una sustancia, depositada o liberada, se puede calcular mediante la expresión:

donde:
m = masa en g de la sustancia liberada;
I = intensidad de corriente en A;
t = tiempo durante el que circula la corriente en s.


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