Electrolisis del agua

Electrólisis del Agua

El proceso de electrólisis del agua, consiste en la separación de los elementos que conforman la molécula del agua a partir del suministro de una corriente directa de energía eléctrica. El primer registro acerca de la electrólisis de agua data del año 1789 en dónde  los químicos JR. Deiman y A.P van Troostwijk mediante una experimentación a escala laboratorio usaron un generador electroestático para descargar electricidad a través de dos alambres de oro colocados dentro de un tubo lleno de agua, causando la generación de gases[1]. Para el año 1800 William Nicholson y Anthony Carlisle utilizaron la recién invención de la Pila Voltaica para poder realizar con éxito para lo que se conocería cómo la separación electrolítica del agua. En 1834 Michael Faraday dio a conocer su Ley de la electrólisis, la cual describe la relación proporcional entre el consumo de energía eléctrica y la cantidad de gases. Con base en consideraciones termodinámicas estas reacciones requieren, a temperatura ambiente, una diferencia de potencial de 1.23 V para cualquier valor del pH.  Sin embargo, la utilización de esa diferencia de potencial reversible (∆Erev = 1.23 V) no conduce a la producción de los gases pues el sistema se encuentra en equilibrio termodinámico. Para que esos elementos sean efectivamente generados es necesario aplicar una diferencia de potencial mayor [2].

En el caso de la electrólisis en solución neutra de agua, el proceso que ocurre en la superficie de los electrodos está descrito en las ecuaciones 1 y 2:

Cátodo            [pic 1]

Ánodo          [pic 2]

En el proceso genera de la electrólisis del agua, los iones de hidrógeno se mueven hacia el cátodo y los de hidróxido hacia el ánodo. La suma de estas dos ecuaciones conlleva a la reacción general de la electrólisis del agua, la cual es la siguiente [3]:

 [pic 3]

En particular, para la electrólisis alcalina, las reacciones químicas que ocurren son las siguientes [4][3]:

Cátodo      [pic 4]

Ánodo           [pic 5]

La reacción general para la electrólisis alcalina del agua es la misma que para la electrólisis neutra, expresada en la ecuación (1).

• Se denomina alcalino al proceso, debido a que en el agua se encuentra una especie química cuya estructura está conformada por un metal alcalino y un ion hidróxido, esta disociación rompe el enlace covalente que conforma la molécula, liberando sus componentes en forma de aniones y cationes, la función de la presencia de esta sustancia en el agua es para que actúe cómo electrolito. Si un potencial eléctrico es aplicado a una solución, los cationes de la solución se moverán hacia el electrodo donde tiene una mayor concentración de electrones, mientas que los aniones se moverán hacia el electrodo con menor concentración de electrones.

[1]     Paets van Troostwijk, A., and J. R. Deiman, “Sur une manière de décomposer l’eau en air inflammable et en air vital,” J. Phys, 1789.

[2]        P. A. Samuelson and W. D. Nordhaus, Electroquímica y electrocatálisis Vol. Ib. 2009.

[3]        D. M. F. Santos and C. A. C. Sequeira, “Hydrogen Production by Alkaline Water Electrolysis” vol. 36, no. 8, pp. 1176–1193, 2013.

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