Procesos Electroquímicos: Electrólisis, Corrosión y Funcionamiento de las Pilas

La Electrólisis del Agua

Como el agua es muy mala conductora de la electricidad, se necesitará añadir una pequeña cantidad de H₂SO₄ (ácido sulfúrico), por ejemplo, que aporte iones. Las semirreacciones son:

• Oxidación: 2H₂O(l) → 4H⁺(aq) + O₂(g) + 4e^- | E⁰ = -1,23 V
• Reducción: 4H⁺(aq) + 4e^- → 2H₂(g) | E⁰ = 0,0 V

Reacción total en la celda: 2H₂O(l) → 2H₂(g) + O₂(g) | E⁰ = -1,23 V

Por tanto, hay que aplicar un voltaje superior a 1,23 V. Nota: Se desprenderá doble volumen de H₂ que de O₂.

Electrólisis de Sales en Disolución Acuosa

Dependiendo de las sales disueltas y, por tanto, de los potenciales de oxidación y reducción de las sustancias presentes, se pueden presentar diversos casos de electrólisis. Se producirán aquellas semirreacciones de oxidación y reducción que sean más favorables por sus potenciales.

Purificación de Metales

La purificación se lleva a cabo en una cuba electrolítica que contiene una disolución de sulfato cúprico.

• Como ánodo se ponen gruesas láminas del cobre impuro. Los átomos de cobre se oxidan, se desprenden de la barra y pasan a la disolución: Cu → Cu²⁺ + 2e^-.
• Como cátodo se pone una fina lámina de cobre puro. Los iones Cu²⁺ de la disolución toman electrones del cátodo y se depositan sobre él: Cu²⁺ + 2e^- → Cu.

Otros iones que forman parte de las impurezas (Zn²⁺ y Fe²⁺) no se reducen y permanecen en la disolución. Algunos metales (Ag, Au y Pt) que también forman parte de las impurezas se depositan en el fondo de la cuba y son separados para su aprovechamiento.

Recubrimiento de Objetos Metálicos con otro Metal

La electrólisis permite depositar sobre un objeto metálico una capa más o menos fina de otro metal con objeto de darle un aspecto más estético, cubriéndole de, por ejemplo, oro o plata, o de protegerlo contra la corrosión cubriéndole con, por ejemplo, níquel, cromo o cinc. Estos procesos se denominan dorado, plateado, niquelado, cromado, etc.

Si, por ejemplo, se quiere cubrir un objeto metálico con una capa de plata, se utiliza como electrólito una disolución de una sal de plata. El ánodo es una barra de plata; los átomos de Ag se oxidan y pasan de la barra a la disolución como Ag⁺: Ag → Ag⁺ + 1e^-. Como cátodo se pone el objeto metálico (pulsera, anillo, cuchara, etc.): Ag⁺ + 1e^- → Ag, y los átomos de plata se van depositando sobre el objeto metálico.

Corrosión

La corrosión de metales es un proceso químico mediante el cual el metal se transforma en el óxido correspondiente. Este proceso, que en la actualidad causa enormes pérdidas económicas, se ve favorecido por la humedad y el aumento de la temperatura, pero también por la acción galvánica (un fenómeno eléctrico que causa una pequeña corriente) entre el metal y su óxido.

Procedimientos de Protección

Los procedimientos electroquímicos para proteger los metales de la corrosión son:

1. Por recubrimiento con metales que sean poco reductores (poco oxidables, como el níquel) o que su óxido forme una capa impermeable.
2. La formación de una celda electroquímica entre el metal a proteger y otro que así impide su corrosión.

Ejemplo del primer caso es el GALVANIZADO, que consiste en recubrir la superficie del hierro con una fina capa de cinc. En el caso de que el hierro quede al descubierto, se forma una pila en la que el cinc (más reductor) se comporta como ánodo y cede electrones al hierro (cátodo) que, de esta manera, no puede pasar a Fe²⁺, frenándose su corrosión.

Este último procedimiento se denomina PROTECCIÓN CATÓDICA (o ÁNODO DE SACRIFICIO); así se protegen, por ejemplo, las tuberías subterráneas o las grandes estructuras como puentes o buques.

Pilas Comerciales y Acumuladores

Pila Seca

Es aquella en la que los electrolitos no están en disolución. En las llamadas pilas alcalinas, parte del electrolito de la pasta se sustituye por una pasta alcalina de KOH. Sin embargo, la transferencia esencial de electrones del zinc al manganeso es lo que sigue dando potencia a la célula.

Pilas de Mercurio o Pilas Botón

Este sistema tiene un electrolito alcalino. Ha sido largamente usada para el uso en pilas “botón” utilizadas para relojes, etc. Tienen una densidad energética de aproximadamente 4 veces mayor que las pilas de zinc-manganeso. Es muy confiable y da casi siempre 1,35 voltios.

Pilas Reversibles o Recargables

Son aquellas en las que las reacciones redox que ocurren pueden realizarse en sentido contrario si se le proporciona el voltaje adecuado; de esta forma la pila se regenera, en el sentido de que puede volver a suministrar energía. Un ejemplo clásico es la batería de un coche.