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- En este artículo, descubrirás la definición de electrólisis de soluciones acuosas.
- Cómo montar los experimentos de electrólisis, incluidas las prácticas necesarias.
- Cuáles son los resultados típicos esperados para la electrólisis de varias disoluciones de ejemplo.
- Las reglas que rigen las reacciones en cada electrodo, sus nombres, y las reacciones en cada electrodo inerte.
Definición de electrólisis de soluciones acuosas
Cuando se habla de electrólisis, hay muchas formas diferentes de compuestos a las que se puede aplicar, como los estados fundidos o las disoluciones acuosas.
La electrólisisde soluciones acuosas se refiere a la electrólisis de sustancias (normalmente iónicas) que están disueltas en agua.
Pero, ¿qué ventaja tiene la adición de agua al sistema sobre la electrólisis del compuesto? El agua puede aportar moléculas de agua para la movilidad, y también iones OH- y H+ para que se produzcan las reacciones. Lo verás en los ejemplos de los que hablaremos a continuación.
Echa un vistazo a nuestros artículos anteriores sobre Electrólisis para recordar las reglas generales de este tema y las series de reactividad.
Electrólisis de soluciones acuosas: Reglas
Aquí hablaremos de las reglas generales que puedes aplicar a todos los contextos en los que se realiza electrólisis en soluciones acuosas. La consideración más importante que debes tener en cuenta es si el compuesto está disuelto en agua. Si lo está, entonces puedes aplicar las siguientes reglas para saber cuál será el resultado de una reacción de electrólisis.
Reacción en el electrodo positivo (reglas)
En el electrodo positivo (el ánodo) se acumulan dos posibles iones negativos: pueden ser los iones hidróxido del agua(OH-) o el anión del compuesto disuelto en cuestión. En cuanto a los aniones presentes en la solución, también puede haber dos tipos: aquí pueden ser aniones monoatómicos (como los haluros), o un anión poliatómico.
Los haluros son iones negativos de los halógenos (grupo 7 de la tabla periódica), como el cloro (Cl-) o el flúor (F-). Los aniones poliatómicos son los sulfatos(SO42-) o los carbonatos (CO32-).
Entonces, ¿cuál de los dos se oxida preferentemente en el ánodo durante la electrólisis?
Si el anión es simple, como un haluro, se oxidará preferentemente.
Si el anión es complejo, como un anión poliatómico, entonces se oxidará el OH-.
Esto se debe a que los iones poliatómicos no se oxidan fácilmente y se descargan durante las reacciones electroquímicas.
La concentración desempeña un papel importante durante laelectrólisis en el ánodo. Normalmente, el anión (si es simple) se oxidará y descargará preferentemente. Éste será el caso para concentraciones normales y altas de la solución acuosa.
Si la solución tiene una concentración muy baja o es una concentración diluida, entonces se oxidan preferentemente los iones hidróxido, ya que superan en número a los aniones. Por lo tanto, a bajas concentraciones, el OH- se descargará aunque haya otros iones presentes.
Reacción en el electrodo negativo (Reglas):
En el electrodo negativo sólo se depositarán iones positivos. En una solución acuosa, puede haber dos posibles iones positivos: será el ion positivo(catión) del compuesto o un ion hidrógeno(H+).
Entonces, si tienes una mezcla de iones hidrógeno y los cationes de tu compuesto en disolución en el electrodo inerte negativo, ¿cuál de los dos se reducirá preferentemente?
Recuerda que en la electrólisis, la reducción se produce en el electrodo positivo(cátodo). Como en el cátodo, la sustancia acuosa gana electrones.
Para saber qué ion se producirá en el cátodo, debes consultar la serie de reactividad.
La serie de reactividad es una tabla de elementos (principalmente metales) ordenados según su reactividad. En la parte superior de la tabla están los elementos más reactivos, y a medida que desciendes la reactividad de los elementos disminuye. Puedes utilizarla para comparar cómo se encuentran los elementos entre sí en función de su reactividad, y lo que es más importante, cómo si pueden desplazarse unos a otros en contextos electroquímicos.
Fig. 1: Serie de reactividad. Fuente: bbc.co.uk
Entonces, ¿cómo puedes utilizar la serie dereactividad para saber qué elemento se producirá preferentemente en el electrodo positivo? He aquí la regla:
el hidrógeno se reducirá si el metal es más reactivo que el hidrógeno
el metal se reducirá si tiene una reactividad menor que el hidrógeno
Por tanto, siempre debes fijarte en la reactividad del catión en cuestión en relación con el hidrógeno de la lista. ¿Por qué es así? Como un elemento con menor reactividad será más fácil(termodinámicamente) de reducir, la reducción preferente en el cátodo se produce hacia el elemento con menor reactividad.
Resumen de las reglas
- Elcompuesto tiene que estar disuelto en agua.
- Electrodo positivo (ánodo): el hidróxido se oxida, a menos que el anión en disolución sea monoatómico y de alta concentración.
- Electrodonegativo (cátodo): se produce hidrógeno, a menos que el metal tenga una reactividad menor.
Experimento de electrólisis de soluciones acuosas: Investigar la electrólisis de una solución (RP)
Aquí cubriremos la práctica requerida"Investigar la electrólisis de una solución".
Monta una célula de reacción de electrólisis sencilla (diagrama en la siguiente sección), y prepara las siguientes 5 disoluciones acuosas para realizar la electrólisis: cloruro de cobre, cloruro de sodio, nitrato de potasio, bromuro de sodio diluido y sulfato de cobre.
¿Cuáles son tus predicciones sobre lo que se producirá en cada electrodo mediante electrólisis? Pon en marcha el voltaje adecuado y ejecuta las reacciones, vigilando siempre el
En uno de los apartados siguientes veremos cómo saber qué producto se produce en cada electrodo mediante sencillas pruebas indicadoras.
Basándote en las reglas que hemos establecido anteriormente, puedes predecir los siguientes elementos que se descargarán en cada electrodo:
| Solución acuosa de: | En el cátodo | En el ánodo |
| cloruro de cobre | Cobre | Cloro |
| cloruro sódico | Hidrógeno | Cloro |
| nitratopotásico | Hidrógeno | Oxígeno |
| bromuro sódico diluido | Hidrógeno | Oxígeno |
| sulfato de cobre | Cobre | Oxígeno |
Esquema de la electrólisis de una solución acuosa
Aquí puedes ver un diagrama de cómo montar tu práctica requerida, o cualquier reacción de electrólisis que implique una solución acuosa, aquí el ejemplo implica una solución acuosa concentrada de cloruro sódico (NaCl). La clave está en enumerar todos los componentes y disponerlos en consecuencia. En la siguiente sección(métodos) aprenderás a utilizar el siguiente diagrama para montar tu experimento.
Los tubos de ensayo (viales) situados encima de cada electrodo están ahí para captar gas. Si estás realizando un experimento que no depende de la evolución del gas, o incluso si no necesitas hacer un seguimiento de la producción de gas, entonces no es necesario en el diagrama. Lo más importante es el circuito completo, que se compone de los electrodos inertes conectados a través del circuito externo y la solución acuosa.
El compuesto disuelto, normalmente iónico, que compone la solución acuosa es lo que completa el circuito. La movilidad de las partículas cargadas actúa de forma similar al flujo de electrones en un cable: transmiten electricidad y carga con la entrada de energía externa.
Fig. 2: Esquema de una célula electroquímica. Esquema: revisechemistry.uk
Método de electrólisis de soluciones acuosas
Puedes realizar electrólisis en soluciones acuosas con el siguiente procedimiento. Sigue los pasos que se indican a continuación una vez tengas las soluciones sobre las que quieras realizar la electrólisis:
- Llena un vaso de precipitados grande con la solución deseada (sobre la que quieres realizar la electrólisis ).
- Inserta dos electrodos inertes (utiliza electrodos de grafito o platino).
- Si vas a recoger los gases que se producen en cada electrodo, coloca un vial encima de cada electrodo.
- Conecta los electrodos con el cable y aplica una tensión.
- Observa la evolución de los gases o compuestos en cada electrodo y anota tus observaciones.
Siguiendo estos pasos, puedes preparar la reacción de electrólisis y adaptar el montaje experimental a cualquier tipo de experimento que vayas a realizar
Indicadores de electrólisis de una solución acuosa
En este apartado veremos cómo puedes comprobar los productos que se generan en cada electrodo. Podrás utilizar estos conocimientos en las prácticas necesarias para investigar la electrólisis de diversas soluciones.
Los productos más comunes que encontrarás son depósitos metálicos, hidrógeno gaseoso, oxígeno gaseoso o cloro gaseoso. A continuación encontrarás algunas pruebas que puedes hacer para saber qué producto se forma en cada electrodo.
| Electrodo | Producto fabricado | Prueba del indicador |
| Cátodo | Depósito de metal | Acumulación física de producto en el electrodo (se puede hacer una prueba de peso). |
| Cátodo | Gas Hidrógeno | Si enciendes una tablilla, se producirá un chirrido del gas acumulado en el recipiente. |
| Ánodo | Gas Oxígeno | Si introduces una tablilla encendida en la ampolla con el gas recogido, volverá a encenderse. |
| Ánodo | Gas Cloro | Un papel tornasol húmedo se volverá rojo y acabará blanqueándose. |
Electrólisis de soluciones acuosas - Puntos clave
- La electrólisis de una solución acuosa consiste en aplicar un voltaje a un compuesto iónico disuelto.
- El electrodo positivo se denomina ánodo y facilita la oxidación.
- En el electrodo positivo el anión sólo se descargará si es monoatómico y de alta concentración. (De lo contrario, se produce gas oxígeno).
- El electrodo negativo se llama cátodo y facilita la reducción.
- En. el electrodo negativo se descarga el metal si tiene una reactividad inferior a la del hidrógeno en la serie de reactividad. (En caso contrario, se produce gas hidrógeno).
- La solución acuosa actúa para completar el circuito entre los electrodos debido a la movilidad de las partículas cargadas (iones).
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