Electrólisis: principios, tipos y ejemplos (NaCl fundido, agua y CuCl2)

Resumen

El documento explica qué es la electrólisis, los componentes de una cuba electrolítica (electrodos, cátodo y ánodo) y las diferencias con una pila voltaica. Después describe tres casos prácticos: la electrólisis del cloruro de sodio fundido, la del agua con ácido sulfúrico y la del cloruro de cobre (II) en disolución acuosa, con sus reacciones en cada electrodo.

Puntos clave

La electrólisis es un proceso redox no espontáneo provocado por el paso de corriente eléctrica.
En la cuba electrolítica, el cátodo es el electrodo de reducción y se conecta al polo negativo; el ánodo es el de oxidación y se conecta al polo positivo.
En una pila voltaica la reacción química produce energía eléctrica; en una cuba electrolítica ocurre lo contrario.
En la electrólisis del NaCl fundido se obtienen sodio en el cátodo y cloro gaseoso en el ánodo, con reacción global 2NaCl → 2Na + Cl2.
En la electrólisis del agua acidulada con H2SO4 0,1 M se obtiene H2 en el cátodo y O2 en el ánodo, con reacción global H2O → H2 + 1/2O2.
En la electrólisis del CuCl2 en disolución se deposita cobre metálico en el cátodo y se desprende cloro en el ánodo.

Ponte a prueba

Electrólisis: Conceptos Fundamentales

La electrólisis es el proceso en el que el paso de la corriente eléctrica por una disolución o por un electrolito fundido produce una reacción de oxidación-reducción (redox) no espontánea.

Componentes de la Electrólisis

La cuba electrolítica es el recipiente donde se realiza el proceso. Contiene la disolución o el electrolito fundido en el que se sumergen los electrodos conectados a una fuente de corriente continua, de la que la cuba recibe electrones.

Los electrodos son las superficies sobre las que se producen las semirreacciones de oxidación y reducción. Suelen ser inertes. Se distingue entre:

Cátodo: electrodo en el que tiene lugar la reducción. Se conecta al polo negativo.
Ánodo: electrodo donde se produce la oxidación. Se conecta al polo positivo.

Diferencias entre Pila Voltaica y Cuba Electrolítica

Característica	Pila Voltaica	Cuba Electrolítica
Proceso	Una reacción química produce energía eléctrica	La energía eléctrica produce una reacción química
Electrolitos	Dos electrolitos	Un solo electrolito
Reacción Redox	Espontánea	No espontánea
Ánodo	Polo negativo	Polo positivo
Cátodo	Polo positivo	Polo negativo

Tipos de Electrólisis

Electrólisis del Cloruro de Sodio Fundido

El NaCl fundido a unos 800 ºC es el electrolito. Este está disociado en iones: NaCl → Na⁺ + Cl^-.

Los electrodos inertes se introducen en el electrolito y se conectan a la fuente de corriente continua. Los aniones, los iones Cl^-, se mueven hacia el ánodo, donde se descargan al dejar sus electrones. Los cationes, los iones Na⁺, se dirigen al cátodo, donde se descargan recibiendo electrones.

Reacción global: 2NaCl → 2Na + Cl₂

El sodio obtenido en el cátodo, menos denso que el fundido, flota en este en forma líquida. El cloro gaseoso se recoge en el ánodo. La reacción global no es espontánea, como se puede comprobar fácilmente por su potencial negativo.

Electrólisis del Agua

El agua pura no contiene suficientes iones para conducir la electricidad. Por ello, para lograr su electrólisis, suele añadirse una pequeña cantidad de ácido sulfúrico (H₂SO₄) 0,1 M. En esta disolución acuosa se sumergen los electrodos inertes, donde tienen lugar las siguientes reacciones:

Reacciones:

Cátodo (reducción): 2H₂O + 2e^- → H₂ + 2OH^-
Ánodo (oxidación): H₂O → 1/2O₂ + 2H⁺ + 2e^-
Reacción global: H₂O → H₂ + 1/2O₂

Se obtiene hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo, siendo el volumen de gas H₂ el doble que el de O₂. El H₂O se oxida antes que los iones SO₄^2- del ácido; estos no se descargan, ya que requieren un potencial más elevado. El H₂SO₄ no se consume.

Electrólisis del Cloruro de Cobre (II) en Disolución Acuosa

La electrólisis de algunas sales disueltas en el agua suele presentar alguna dificultad para su interpretación, pues el H₂O puede interferir en el proceso. Sin embargo, en el caso del CuCl₂, se descargan ambos iones de la sal.

Reacciones:

Cátodo (reducción): Cu²⁺ + 2e^- → Cu
Ánodo (oxidación): 2Cl^- → Cl₂ + 2e^-
Reacción global: CuCl₂ → Cu + Cl₂

Sobre el cátodo, que puede ser una lámina de cobre, se deposita cobre metálico, mientras que en el ánodo se recoge gas cloro.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la electrólisis?

Es el proceso en el que el paso de la corriente eléctrica por una disolución o un electrolito fundido produce una reacción de oxidación-reducción no espontánea.

¿Cuál es la diferencia entre el cátodo y el ánodo en una cuba electrolítica?

El cátodo es el electrodo donde se produce la reducción y se conecta al polo negativo. El ánodo es el electrodo donde se produce la oxidación y se conecta al polo positivo.

¿Por qué se añade ácido sulfúrico para electrolizar el agua?

El agua pura no contiene suficientes iones para conducir la electricidad, por lo que se añade una pequeña cantidad de H2SO4 0,1 M para lograr su electrólisis.