La Electrólisis puede entenderse como un procedimiento de electricidad por medio del cual, algunos elementos son separados de un compuesto. En el presente artículo explicaremos a detalle todo lo referente a este proceso químico, su historia y las aplicaciones que posee en la actualidad.
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¿Qué es la Electrólisis?
La electrólisis, es un procedimiento en donde, por medio de la electricidad, los elementos son separados de un compuesto. Algunas sustancias como: ácidos, hidróxidos, sales y algunos óxidos metálicos disueltos o fundidos, son conductores de electricidad, pero también se van descomponiendo al paso que van dando la corriente eléctrica, el nombre que se le da a esto tipo de sustancias es el de electrolitos.
En líneas generales, el procesos de electrólisis se puede definir como el proceso de oxidación reducción que se desarrolla de forma no espontánea. En otras palabras, son un conjunto de transformaciones en donde se involucra un aumento de energía libre del sistema, y por lo que requiere para su realización el concurso de una fuerza externa de energía.
De una misma manera, el procedimiento de electrólisis también puede ser considerado como el conjunto de dos medias reacciones: una oxidación anódica y una reducción catódica. Al momento de que se conectan los electrodos a una fuente de energía (generador de corriente directa), el electrodo que se coloca al borne positivo del generador es el ánodo de la electrólisis, mientras que el otro que se pone en el borne negativo del generador es el cátodo.
Historia
El descubrimiento de la electrólisis fue realizado por el químico británico William Nicholson, en compañía del físico británico Michael Faraday en el año 1834, dicho termino se le fue atribuido al proceso de descomposición química de la corriente galvánica.
A principios del siglo XIX, este concepto se integró muy fácilmente en el mundo de la química, mineralogía y metalurgia, a través de una serie de experimentos. En ellos, lo que se buscaba era introducir electricidad en una sustancia, y observando los diferentes tipos de descomposiciones que ocurrían, gracias a ellos se pudo conocer y entender los elementos de dicha sustancia. Durante los años 1850 y 1860 se llevaron a cabo experimentos médicos en Norteamérica y Europa utilizando la electrólisis.
William Nicholson
William Nicholson fue el hijo de un abogado de Londres, que trabajaba en el Inner Temple. Luego de dejar la escuela, realizó dos viajes como guardiamarina de la British East India Company, una compañía que navegaba a la India. Al volver, ejerció como abogado hasta que conoció a Josiah Wedgwood en el año 1775, luego se mudó a Ámsterdam, en donde trabajó por muchos años como agente de ventas de cerámica.
Cuando regresó a Inglaterra, fue persuadido por Thomas Holcroft para que comenzará escribir relatos cortos para el periódicos, mientras que también ayudaba en algunas obras de teatro y novelas. Al mismo tiempo, realizó una preparación para su libro Introducción a la Filosofía Natural, el cual fue publicado en el año 1781, consiguiendo éxito inmediato.
Posteriormente, realizó la traducción de Elementos de la filosofía de Newton, de Voltaire, y por último se terminó dedicando a la actividad científica y el periodismo filosófico. Para el año 1784 fue nombrado secretario de la Cámara General de Fabricantes de Gran Bretaña, y también estuvo involucrado en la Sociedad para el Fomento de la Arquitectura Naval.
No fue hasta el año 1797 que comenzó a realizar publicaciones para la Revista de Filosofía Natural, Química y Artes. La primera obra de su tipo que hizo en Gran Bretaña, no se publicó hasta el año 1814. Por otro lado, para el año 1799 fundó una escuela en el Soho Square de Londres, donde enseñaba filosofía natural y química.
Siguiendo las instrucciones por Alejandro Volta elaboró una pila junto a Anthony Carlisle. Este hecho tenía el propósito de hacer una mejor conexión eléctrica, los electrodos de la pila fueron conectados a un recipiente con agua. En las observaciones se determinó que en uno de los terminales aparecía hidrógeno y en el otro, oxígeno, procedentes de la descomposición del agua.
De esta manera, para el año 1800 se descubrió la electrólisis, una proceso que mediante una corriente eléctrica, permite hacer la separación de elementos que se encuentran en un compuesto. Humphry Davy empleó este procedimiento para descomponer diferentes sales, dando como resultado el descubrimiento del sodio y el potasio. Con el paso de los años se descubrió el bario, calcio, magnesio y estroncio a través de este método.
Michael Faraday
Michael Faraday nació en la aldea de Look Butt, que en la actualidad se conoce como el municipio de Southwark, pero que para aquel entonces no era más que una zona suburbana del condado de Surrey. El mismo provenía de una familia de pocos recursos.
Durante su niñez, su madre se vio en la obligación de retirarlo del colegio, puesto que los métodos de reprimenda eran muy horribles; en la escuela era ridiculizado por su profesora por no poder pronunciar la letra »R». A partir de esto, Faraday comenzó a estudiar por su cuenta, y gracias a su creatividad y su inteligencia, lo llevaron a la fama a pesar de no poseer una formación rigurosa en ciertos campos de la ciencia.
Toda su familia, tuvo que mudarse a Londres durante el invierno del año 1791, desde Outhgill, en Westmorland, en donde consiguió trabajar como aprendiz del herrero del pueblo. Para la edad de 14 años, con la ayuda de su maestro George Riebau, pasó a convertirse en el encuadernador y vendedor de libros de la ciudad.
En los siete años de su aprendizaje, leyó una gran cantidad de libros, entre ellos: The improvement of the Mind, de Isaac Watts, estudiando con mucho entusiasmo los principios y las sugerencias que estaban en sus páginas. Asimismo, fue durante este periodo que se fundamentó su interés por la ciencia, sobre todo por el fenómeno eléctrico.
Cuando alcanzó la edad de 20 años y habiendo culminado su aprendizaje como encuadernador, Faraday empezó a presentarse en las conferencias que hacía el reconocido químico inglés Humphry Davy, de la Royal Institution y de la Royal Society, y de John Tatum, fundador de la City Philosophical Society.
Gran parte de las invitaciones a las presentaciones fueron dadas a Faraday por William Dance, uno de los fundadores de la Royal Philharmonic Society. Más tarde, el mismo le envió a Davy un libro de 300 páginas en donde estaban todas las notas que él había tomado durante todas las conferencias que asistió. La respuesta de Davy fue inmediata, amable y favorable.
Davy, durante un experimento con tricloruro de nitrógeno, se perjudicó la vista, por lo que llamó a Faraday para que trabajara como su secretario. Durante este tiempo, uno de los asistentes Royal Institution fue despedido, John Payne, por lo que Humphry Davy se vio en la tarea de buscar a alguien que pudiera ocupar este puesto, eligiendo a Faraday como asistente de química de la Royal Institution, en el año 1813.
Faraday mientras estuvo trabajando con Davy, se interesó profundamente en el estudio del cloro, lo que lo llevó a descubrir dos nuevos compuestos de cloro y carbono. En un mismo sentido, también realizó algunos experimentos en la difusión de gases, fenómeno que había sido previamente identificado por John Dalton.
La relevancia física por estos experimento fue dada a conocer por Thomas Graham y Johann Josef Loschmidt. Al mismo tiempo, tuvo éxito al licuar diversos gases, por lo que pudo hacer una investigación sobre la alineación del acero y produjo varios nuevos tipos de vidrio destinados a fines ópticos.
Uno de estos cristales de gran tamaño más adelante se volverían importantes en la historia, cuando Faraday ubicó el vidrio en un campo magnético encontró la rotación del plano de polarización de la luz. Esta misma sustancia también fue la primera que era repelida por los polos de un imán. Faraday hizo un práctico mechero de Bunsen, que posteriormente fue empleado en todos los laboratorios de ciencia del mundo como una buena fuente de calor.
Durante su trabajo en el campo de la química, realizó muchos descubrimientos, entre ellos el benceno y condensando gases como el cloro. La licuefacción de gases contribuyó a asentar que estos corresponden a los vapores de líquidos con bajo punto de ebullición, lo que dio una base útil para el concepto de agregación molecular. En el año 1820, Faraday dio a conocer la primera síntesis de compuestos de cloro y carbono, el hexacloroetano y el tetracloroetileno, sus resultados se hicieron públicos un año más tarde.
Otra contribución fue el clatrato hidrato de cloro, que ya había sido descubierto por Humphry Davy en 1810. Como bien se sabe, fue gracias a él que se descubrieron las leyes de la electrólisis, también fue el responsable de introducir los términos como ánodo, cátodo, electrodo e ion, propuestos en gran parte por William Nicholson.
Posteriormente, Faraday descubrió lo que se denominó como las nanopartículas metálicas. Durante el año 1847 descubrió que las propiedades ópticas del coloide de oro no eran iguales a las del metal macizo. Por lo que se sabe, esta fue la primera información registrada acerca de los efectos del tamaño cuántico, y se puede considerar como el nacimiento de la nanociencia.
Proceso de electrólisis
El proceso de electrólisis ocurre al colocar una corriente eléctrica continua a través de electrodos conectados a una fuente de alimentación eléctrica y colocarlos en el interior de una disolución. El electrodo que se pone en el lado positivo se le denomina ánodo, mientras que el que está en el polo negativo se le conoce como cátodo.
Cada uno de estos electrodos tiene la capacidad de atraer iones de la carga opuesta. De esta manera, los iones de carga negativo se desplazan hacia el ánodo (electrodo positivo), y los iones de carga positivo se mueven hacia el cátodo (electrodo negativo). Un modo muy sencillo para recordar esta terminología es fijándose en la raíz griega de las palabras, de la siguiente forma:
- Odos significa camino: En este sentido, el electrodo es el camino por el cual pasan los electrones.
- Catha significa hacia abajo: Por lo que cátodo es el camino por donde bajan los electrones.
- Anas significa hacia arriba: De esta forma, ánodo se entiende como el camino por el que suben los electrones.
- Ion significa caminante: El anión se va hacia donde está el ánodo, mientras que el catión va hacia donde está el cátodo.
Esta nomenclatura también se emplea en las pilas. Otra manera de recordar toda esta terminología es poniendo atención a la primera letra del electrodo y luego se asocia con el proceso al que va dirigida. Por ejemplo, el ánodo se produce la oxidación (ambas palabras inician con vocales) y en el cátodo la reducción (ambas palabras comienzan con consonantes).
Para que una energía pueda hacer la separación de los iones, lo que se necesita es aumentar la concentración en los electrodos, la cual es proporcionada por la fuente de alimentación eléctrica. Dentro de los electrodos sucede la transferencia de electrones entre estos y los iones, lo que da como resultado nuevas sustancias.
Los iones negativos o aniones se dirigen a donde se encuentran los electrones al ánodo (+) y los iones positivos o cationes se dirigen hacia los electrones del cátodo (-). En líneas generales, en el proceso de electrólisis lo que ocurre es una oxidación-reducción, donde la fuente de alimentación eléctrica se encarga de aportar la energía necesaria.
Electrólisis del agua
Si el agua que se vaya a emplear no se encuentra destilada, entonces el proceso de electrólisis no separará el oxígeno y el hidrógeno. Al contrario, hará la separación de los demás elementos que se encuentren en ella, como por ejemplo, las sales, metales y algunos otros minerales.
Lo que hace que agua sea una conductora de electricidad no es el H2O, sino los minerales que hay en ella. Por otro lado, si el agua a emplear fuera 100% pura, no tendría conductividad. Es por este motivo que es importante tomar en consideración los siguientes factores antes de realizar el procedimiento de electrólisis en agua:
- Bajo ninguna circunstancia se deben unir los electrodos, puesto que la corriente eléctrica no va a conseguir el proceso y la batería se quemaría por sobrecalentamiento.
- Es importante siempre emplear una corriente continua: Para esto se usa la energía de baterías o de adaptadores de corriente, no se debe usar la corriente alterna (energía del enchufe de la red).
- Este procedimiento debe hacerse de una forma en la que los gases desprendidos no entren en contacto, en caso contrario, se podría hacer una mezcla peligrosamente explosiva. Esto se debe a que el oxígeno y el hidrógeno resultantes se encuentran en proporción estequiométrica.
- Una forma que hay para producir agua de nuevo, es por medio de un catalizador. El más común es el calor, pero también se puede hacer uso del platino en forma de lana fina o polvo. El segundo caso se debe hacer con extrema precaución, incorporando cantidades mínimas de hidrógeno en presencia de oxígeno y el catalizador, haciendo que el hidrógeno se vaya quemando de manera lenta, produciendo una llama tenue. No se debe hacer este proceso sin antes hacer una debida investigación y con la asistencia de un profesional.
¿Para que se utiliza la electrólisis?
La electrólisis es un procedimiento que posee múltiples aplicaciones en el mundo de la ciencia, entre las cuales podemos hacer la mención de las siguientes:
- Contribuye a la producción de aluminio, sodio, potasio, y magnesio.
- Ayuda a producción de hidróxido de sodio, ácido clorhídrico, clorato de sodio y clorato de potasio.
- Produce el hidrógeno que forma parte de diferentes cosas en la industria como: combustible, en soldaduras, entre otros.
- La electrólisis de una solución salina ayuda a que se produzca el cloro. Por medio de este procedimiento se puede conseguir una cloración ecológica del agua de las piscinas.
- La electrometalurgia es un procedimiento que utiliza para crear metal puro de compuestos usando la electrólisis. Un ejemplo de esto es el hidróxido de sodio, el cual se separa en sodio puro, oxígeno puro e hidrógeno puro.
- La anodización es empleada como un método de proteger los metales de la corrosión.
- La galvanoplastia, también se utiliza para evitar la corrosión de metales, crea una película delgada de un metal menos corrosible sobre otro penco.
Ha sido todo por el artículo de hoy, esperamos que la información proporcionada haya sido de gran ayuda. En un mismo sentido, le hacemos la invitación a leer también: Oftalmoscopio y Lupa
