Electrólisis y Pilas Galvánicas: Principios Fundamentales de la Electroquímica

Electrólisis: Transformación de Iones en Metales Puros

Cuando se disuelve una sal en agua, esta se disocia en iones cargados. Si a través de una disolución se hace pasar una corriente eléctrica, los iones metálicos presentes en ella pueden unirse a los electrones, convirtiéndose en metal neutro. Este metal, al dejar de estar disuelto, precipita en el fondo de la disolución o se deposita sobre un electrodo.

Los polos eléctricos en un proceso electrolítico reciben el nombre de electrodos: el positivo se denomina ánodo (donde ocurre la oxidación) y el negativo se denomina cátodo (donde ocurre la reducción). Es importante destacar que, en la electrólisis, el ánodo es el polo positivo y el cátodo es el polo negativo, a diferencia de las pilas galvánicas.

Si por una disolución cualquiera se hace pasar una corriente eléctrica, los iones metálicos (por ejemplo, iones de cobre, Cu²⁺, o cobalto, Co²⁺) tenderán a unirse a los electrones, convirtiéndose en un metal sólido. La cantidad de metal puro obtenido en este proceso cumple las Leyes de Faraday, fundamentales en electroquímica. Estas leyes son dos:

• Primera Ley de Faraday: La masa de una sustancia depositada o liberada en un electrodo durante la electrólisis es directamente proporcional a la cantidad de carga eléctrica que ha circulado por la disolución. También es directamente proporcional a la masa atómica del elemento e inversamente proporcional a su valencia (o número de electrones transferidos por ion).
• Segunda Ley de Faraday: Las masas de diferentes sustancias depositadas o liberadas por la misma cantidad de electricidad son directamente proporcionales a sus respectivos equivalentes electroquímicos (o pesos equivalentes).

Pilas Galvánicas: Generación de Electricidad a partir de Reacciones Químicas

Una pila galvánica (también conocida como pila voltaica o celda electroquímica) consiste en dos metales distintos (electrodos) sumergidos en disoluciones de sus propias sales, o en disoluciones que contienen iones de esos metales, formando dos semiceldas separadas.

Cada metal posee un potencial de electrodo estándar, valores que se encuentran tabulados y que indican su tendencia a oxidarse o reducirse. Cuando los electrones fluyen espontáneamente de un electrodo a otro a través de un circuito externo, se produce un desequilibrio de cargas en las disoluciones de las semiceldas, lo que detendría rápidamente el funcionamiento de la pila.

Para reequilibrar las cargas y mantener la neutralidad eléctrica en ambas semiceldas, se intercala un dispositivo llamado puente salino. Este es un tubo de vidrio en forma de U, lleno de una disolución concentrada de una sal iónica inerte (como KCl o KNO₃), cuyos extremos están sellados con algodón o un material poroso para permitir el paso de iones pero evitar la mezcla de las disoluciones.

En una pila galvánica, el electrodo con el potencial más negativo actúa como polo negativo y se denomina ánodo. En el ánodo se produce la oxidación del metal, liberando electrones a la disolución (reacción de oxidación). El electrodo con el potencial más positivo actúa como polo positivo y se denomina cátodo. En el cátodo, los electrones procedentes del ánodo son captados por los iones metálicos disueltos, que se reducen y se depositan como metal neutro (reacción de reducción).

El potencial que genera la pila, conocido como fuerza electromotriz (FEM) o voltaje de la pila, se calcula como la diferencia entre el potencial del cátodo y el potencial del ánodo: E_pila = E_cátodo - E_ánodo. Es fundamental que el potencial de una pila galvánica sea SIEMPRE POSITIVO para que la reacción electroquímica sea espontánea y la pila funcione correctamente.