ACUMULADORES

La electroquímica

La electroquímica es la parte de la química que estudia las reacciones químicas que producen corrientes eléctricas y viceversa. En general, la electroquímica es el estudio de las reacciones químicas que producen efectos eléctricos y de los fenómenos químicos causados por la acción de las corrientes o voltajes. Las aplicaciones diarias más importantes están en la fabricación de pilas, acumuladores y la galvanotecnia. Esta última se usa para depositar películas de metales preciosos en metales base o para depositar metales y aleaciones en piezas metálicas que precisen un recubrimiento resistente y duradero.

Las pilas producen energía eléctrica que permiten a los equipos ser móviles y funcionar de forma independiente, autónoma, a una conexión a la red eléctrica.

FOTO DE DIFERENTES TIPOS DE PILAS, BATERIAS Y ACUMULADORES

Conversa con tus compañeros(as):

•¿Qué es la electroquímica?

•¿Qué aplicaciones tiene?

•¿Qué objetos personales, de tu casa o de tu comunidad, son productos de la electroquímica? Explica.

•¿Qué partes tiene una pila? ¿Puedes explicar cómo funciona?

•Comenta cómo funciona la batería de un carro o camión.

¿Qué aprenderás en esta sesión?

Aprenderás a:

•Conocer los elementos teóricos y las unidades que participan en la electrólisis.

•Explicar las aplicaciones de la electrólisis.

•Describir el funcionamiento de la pila y los acumuladores.

•Conocer algunas aplicaciones de la electrólisis, como la galvanotecnia.

1. La electroquímica

Los compuestos inorgánicos y algunos de los orgánicos se ionizan, es decir, se disocian en sustancias químicas cargadas positiva y negativamente. Estas sustancias ionizadas tienen la propiedad de conducir la corriente eléctrica. Si se coloca un par de electrodos en una disolución de un electrólito (compuesto ionizable) y se conecta una fuente de corriente continua entre ellos, los iones positivos de la disolución se mueven hacia el electrodo negativo y los iones negativos hacia el positivo. Los electrodos son componentes del circuito eléctrico que conecta el cable del circuito a un medio con compuestos ionizables, donde el electrodo de carga positiva se denomina ánodo y el de carga negativa cátodo. Al llegar a los electrodos, los iones pueden ganar o perder electrones y transformarse en átomos neutros o moléculas; la naturaleza de las reacciones del electrodo depende de la diferencia de potencial o voltaje aplicado.

Por ejemplo, si el sulfato de cobre (CuSO4) se disuelve en agua, se disocia en iones de cobre positivos (Cu+) e iones sulfatos negativos (SO4-). Al aplicar una diferencia de potencial a los electrodos, los iones cobre se mueven hacia el electrodo negativo, se descargan, y se depositan en el electrodo como átomos de cobre. Los iones sulfato, al descargarse en el electrodo positivo, son inestables y se combinan con el agua de la disolución formando ácido sulfúrico (H2SO4) y oxígeno (O2). Esta reacción de descomposición producida por una corriente eléctrica se llama electrólisis.

ACTIVIDAD 1

En trabajo individual, responde las siguientes cuestiones:

•¿Qué es la electroquímica? Explica cómo se produce.

2. En el siguiente esquema, ¿cuáles son los elementos que podemos identificar en la electrólisis?

2. ¿Qué ocurre en la electrólisis?

La electrólisis tiene lugar en un tipo de celda denominada celda electrolítica, en la cual una fuente de electricidad, como un batería, es conectada a los electrodos a través de un circuito externo. La electrólisis tiene lugar cuando los electrones son transferidos de un conductor a otro, es decir de electrodo a electrodo, en una solución iónica (electrolítica). Aquí debemos tener en cuenta: el tipo de electrodos que usamos, electrodos inertes (no reaccionan con los iones) o electrodos reactivos (que sí reaccionan); y el tipo de solución electrolítica que tenemos en la celda, ya que el paso de corriente, es decir de electrones, determinará que unas moléculas se estabilicen y otras se vuelvan más reactivas.

Por ejemplo, en la electrólisis del agua empleamos dos electrodos inertes de carbón en una cubeta con una disolución acuosa (agua y unas gotas de ácido sulfúrico). La disolución tendrá iones de hidrógeno (H+) y sulfato (SO4-). Si luego se conecta a un generador de corriente eléctrica (batería o pila), en ese instante algunas moléculas de agua comenzarán a disociarse en H+ y OH-. Como resultado tendremos al ion OH- que forma agua y moléculas de oxígeno gaseoso, que se desprenden del ánodo en forma de burbujas. Mientras que el ión SO4- retorna a la solución y permanece en estado de ión. Al mismo tiempo, los iones H+ provenientes del ácido y del agua, al ceder sus cargas, forman moléculas de hidrógeno que se desprenden en forma de burbujas por el cátodo.

En la experiencia del agua, los electrodos no experimentaron transformación porque eran inertes, pero existen casos donde esto sí ocurre siendo aprovechados por las industrias. Por ejemplo, cuando un electrolito contiene iones metálicos del mismo material del que están hechos los electrodos, durante el proceso de electrólisis, los iones positivos al ponerse en contacto con el cátodo reaccionan con él disolviéndolo mientras que, en el ánodo, los iones negativos se unen solidariamente con él recubriéndolo. Este hecho, por ejemplo, se aplica en la refinación o purificación del cobre, ya que las impurezas contenidas en el cobre que se desintegra, al no formar parte del proceso de electrólisis, se precipitan al fondo del recipiente; al mismo tiempo que el otro electrodo, el cátodo, se recubre con cobre metálico.

ACTIVIDAD 2

En grupo respondan las siguientes preguntas.

1. ¿Cómo se cumple la electrólisis del agua? Explica.

•¿Qué rol cumplen los electrodos durante la electrólisis? Explica en tu cuaderno.

3. ¿Qué sostienen las leyes de Faraday?

3. Aplicaciones industriales de la electrólisis

La descomposición electrolítica es la base de un gran número de procesos de extracción y fabricación muy importantes en la industria moderna. El hidróxido de sodio o sosa cáustica (un producto químico importante para la fabricación de papel, rayón y película fotográfica) se produce por la electrólisis de una disolución de sal común en agua. Previamente, la reacción produce cloro

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