Fundamentos TericosLos elementos que permiten el pasaje de la
corriente elctrica se denominan conductores (ej: metales,
electrolitos) y los que no permiten dicho pasaje se denominan malos
conductores o aislantes (ej: madera, vidrio, goma).Los electrolitos
son sustancias que, disueltas en agua o fundidas, conducen la
corriente elctrica (algunos cidos, hidrxidos y sales) y la
diferencia entre los metales y los electrolitos, en cuanto a sus
caractersticas como conductores de la electricidad, es que los
primeros dejan pasar la electricidad sin sufrir ninguna alteracin
en su estructura, ya que la conduccin se debe al flujo de
electrones a travs de los mismos (electrones de valencia),
generando la corriente electrnica. En cambio, los electrolitos se
descomponen en iones(aniones y cationes) y generan una reaccin
qumica denominada electrlisis y son estosiones los responsables de
la conduccin elctrica (corriente electroltica). Para realizar una
electrlisis se debe contar con un aparato o recipiente, llamado
cuba electroltica, el cual sirve para contener a la solucin
electroltica (electrolito en medio acuoso) y a los dos electrodos;
tambin hay que tener una fuente de energa elctrica, a la que se
conectarn los electrodos.
Los electrodos son conductores metlicos que recibirn su nombre
segn cual sea el polo del generador al que estn conectados, as, el
electrodo que se encuentra unido al polo positivo recibir el nombre
de nodo y el que se halla unido al polo negativo ser llamado ctodo.
Ambos se encuentran sumergidos en la solucin en contacto con el
electrolito y es en su superficie donde se producirn reacciones con
liberacin o consumo de electrones, generando el intercambio de
corriente electrnica y corriente electroltica. La reaccin de
consumo de electrones se verifica en el ctodo y es una reduccin,
mientras que la reaccin que libera electrones tiene lugar en el
nodo y es una oxidacin. Cuando se enciende el generador, se produce
alrededor de los electrodos un campo elctrico provocando la
migracin de los iones hacia ellos, debido a que los iones, son
tomos o grupos de tomos con carga elctrica positiva (cationes) o
negativas (aniones).
Es importante destacar que en la electrlisis se genera energa
qumica a partir de energa elctrica (corriente elctrica), al
contrario de lo generado en una pila o celda galvnica donde se
transforma energa qumica en elctrica. Faraday, tras realizar
estudios cuantitativos referentes a la relacin entre la cantidad de
electricidad que circula por la solucin electroltica y la cantidad
de sustancia depositada y/o liberada en los electrodos, enunci las
siguientes leyes:
1) La cantidad de un elemento dado que se libera en un electrodo
es directamente proporcional a la cantidad de electrones que pasa a
travs de la solucin.
2) Los pesos de los distintos elementos liberados por la misma
cantidad de electricidad son directamente proporcional a sus
equivalentes-qumicos.
Relacionando ambas expresiones se deduce la siguiente expresin
matemtica:
donde: w: peso del elemento liberado o depositado en el
electrodo (g) i: intensidad de corriente elctrica (amp) t: tiempo
trascurrido (seg) Eq: equivalente qumico (g/eq-q) F: constante de
Faraday = 1 F = 96500 coul/eq-q = 96500 amp.seg/eq-q (la cantidad
de electricidad que libera un equivalente qumico de cualquier
elemento es igual a 96500 coulomb)
Cuestionario1. Escribir las ecuaciones de las semirreacciones y
las reacciones totales de los procesos primarios y secundarios que
tienen lugar en los electrodos.
En la solucin de KI, las reacciones a lugar son:Andica:2H2O +
2e- H2 + 2OH- (oxidacin)Catdica:2I- I2 + 2e- (reduccin)
En la solucin de CuSO4, las reacciones a lugar son: Andica: 2H2O
O2 + 4OH- + 4e- (oxidacin) Catdica: 2Cu+2 + 4e- 2Cu (reduccin)
En la purificacin de CuSO4, las reacciones a lugar son: Andica:
Cu Cu+2 + 2e- (oxidacin) Catdica: Cu+2 + 2e- 2Cu (reduccin)
2. Qu productos se han formado, depositado y desprendido en los
electrodos y que iones quedan presentes en las soluciones?
En la solucin de KI, las reacciones a lugar son:Andica:2H2O +
2e- H2 + 2OH- (oxidacin)Catdica:2I- I2 + 2e- (reduccin)
En la solucin de CuSO4, las reacciones a lugar son: Andica: 2H2O
O2 + 4OH- + 4e- (oxidacin) Catdica: 2Cu+2 + 4e- 2Cu (reduccin)
En la purificacin de CuSO4, las reacciones a lugar son: Andica:
Cu Cu+2 + 2e- (oxidacin) Catdica: Cu+2 + 2e- 2Cu (reduccin)
3. En la electrlisis de una solucin de CuSO4. Qu volumen de
O2(medido a condiciones normales) es liberado en el nodo, en el
tiempo que transcurre para depositar sobre el ctodo 5g de Cu?
En la solucin de CuSO4, las reacciones a lugar son:
Andica:2H2O O2 + 4OH- + 4e- (Oxidacin)Catdica:2Cu+2 + 4e- 2Cu
(Reduccin)
Luego: 1,25g x (1mol/32g) x (22,4L/1mol) = 0,88 L
4. Cul es la molaridad de H+ en una solucin despus de la
electrlisis descrita en el problema anterior?. El volumen final de
la solucin es 300mL.
5. Qu papel juega la concentracin de los iones H+ en la solucin
durante la electrlisis?. De un ejemplo y explique con
semireacciones.