Electrólisis


Una propiedad que liga claramente a la materia con la electricidad es un proceso conocido como electrólisis. La electrólisis es la descomposición que experimentan algunos compuestos químicos cuando  pasa una corriente eléctrica a través de ellos.

El proceso fue descubierto accidentalmente en 1800 por William Nicholson y Antony Carlisle mientras estudiaban la operación de baterías eléctricas.
Utilizando gotas de agua para mejorar el contacto eléctrico de una batería, notaron que se producían burbujas. Estudiando con más cuidado el fenómeno, se dieron cuenta que en la terminal negativa de la batería el gas liberado era hidrógeno, mientras que en el lado positivo se producía oxígeno.

En la película se muestra el proceso de electrólisis, observa como la longitud del hidrógeno con respecto al oxígeno es 2:1. En  volúmen es: \(2^3:1^3\).

Crédito  Science Bits (Educativo)


  • La primera interpretación aceptable de esta fenomenología fue desarrollada por Michael Faraday en la década de 1830. Faraday encontró que los productos de la electrólisis siempre aparecen en una proporción fija. Por ejemplo, al pasar una corriente eléctrica por una muestra de agua, se obtienen ocho partes de oxígeno por una de hidrógeno.
  • También observó que una carga eléctrica fija cedida en la electrólisis producía cantidades constantes de elementos disociados.

De acuerdo con la teoría atómica, dedujo que debería existir una cantidad irreducible de carga necesaria para disociar un compuesto. La carga utilizada en producir las cantidades observadas de hidrógeno u oxígeno a partir de agua, por ejemplo, era un múltiplo de la unidad electrolítica de carga básica.

Debido a la poca precisión de los aparatos desarrollados hasta entonces, a Faraday le era imposible deducir el valor de la carga necesaria para ionizar una sola molécula a través de la electrólisis, es decir, de la unidad electrolítica de carga. Pero aún así determinó que la carga eléctrica para producir un mol de cualquier material es 96500 coulombs,  constante ahora  conocida como  faraday.

Lo anterior se resume en las ahora conocidas como leyes de Faraday:

  • La cantidad de cualquier sustancia liberada o depositada en un electrodo es directamente proporcional a la cantidad de electricidad (C) que pasa a través del electrolito.

  • Las masas de diferentes sustancias liberadas o depositadas en cada electrodo por la misma cantidad de electricidad, son directamente proporcionales a los pesos equivalentes de las sustancias.

En forma matemática se expresan:

\(m=\dfrac{It}{F}\dfrac{M}{n}\)

Con:
 \(m=\) Masa producida en el electrodo en el cátodo (g).
 \(M=\) Masa molar de la sustancia  (g/mol).
 \(n=\)  Número de valencia de la sustancia como ión de la solución (electrones por mol).
 \(Q=It\)  Carga total que pasó por la solución (C)
    \(I=\) corriente eléctrica (A)
    \(t=\) tiempo transcurrido (s)
\(F=N_Ae=96485C/mol\)  Constante de Faraday.

La cantidad de corriente necesaria  para depositar un equivalente gramo de cualquier sustancia, en una celda electrolítica es constante y su valor es de 96485 coulombs, conocido como un faraday, equivale a la carga del número de avogadro de electrones.


Aplicaciones

La electrólisis tiene  muchas aplicaciones, en el video se muestran algunas. Si lo realizas, que sea bajo supervisión.