República Bolivariana de Venezuela.
Ministerio del Poder Popular para la Defensa.
Viceministro de Educación.
Academia Técnica Militar
Núcleo Comunicaciones y Electrónica.
Introducción
La energía eléctrica sin duda es el energético más utilizado en el mundo, la
electricidad es el pilar del
desarrollo industrial de todos los países, parte importante del desarrollo social, y elemento esencial
para el desarrollo tecnológico. Sin duda la electricidad juega un papel muy importante en la vida del ser humano, con la electricidad se
establece una serie de comodidades que con el transcurso de los años se van
haciendo indispensables para el hombre.
La rama de la química que estudia la transformación entre la energía eléctrica
y la energía química es denominada electroquímica, en otras palabras, los procesoselectroquímicos
donde se produce una transferencia de electrones entre moléculas se conocen
como reacciones redox, pues mediante este tipo de reacciones se llevan a cabo
los procesos que generan electricidad o en caso contrario, la energía eléctrica
se aprovecha para inducir una de ellas, lo que hace referencia a la
electrólisis; termino por el cual esta caracterizado el presente trabajo de
investigación, en donde se explica una breve reseña acerca de sus fundamentos y
aplicaciones, todo ello con el fin de poder ampliar nuestros conocimientos en
el área de la Química.
Desarrollo
a. Fundamentos
Las moléculas de ciertos compuestos químicos, cuando se encuentran en
disolución acuosa (aquella en la que el solvente es agua), presentan la
capacidad de separarse en sus estructuras moleculares más simples
o en sus átomos constituyentes. Estos compuestos químicos,
que evidencian la propiedad de disociación o ionización en disoluciones, se
denominan electrolitos, y la reacción química de disociación se denomina electrólisis.
Un ejemplo propio de este proceso, es que las
reacciones de electrólisis son la base para concentrar y purificar el cobre del mineral donde se extrajo, método conocido como electro - obtención.
En definitiva, la electrólisis es la descomposición de una sustancia por el paso
de la corriente eléctrica. El suministro de energía eléctrica
hace posible que se produzcan reacciones que termodinámicamente no son
espontáneas. En el electrodo positivo (ánodo) se produce la
semirreacción deoxidación y en el electrodo negativo (cátodo) la semirreacción
de reducción.
Los compuestos iónicos forman en estado sólido estructuras cristalinas, que se
destruyen cuando se funden o cuando se disuelven en sustancias polares como
el agua. En estas circunstancias, los iones gozan de una movilidad que no
tienen en el cristal. Si en el
interior de la masa fundida introducimos dos electrodos, los cationes se
desplazarán hasta el electrodo negativo y los aniones hasta el electrodo
positivo.
Es importante mencionar que Faraday estudió cuantitativamente el fenómeno de la
electrólisis, obteniendo la relación entre la carga eléctrica que pasa por una cuba
electrolítica y las masas de las sustancias liberadas en los electrodos. Esta
relación viene regulada por dos leyes denominadas “leyes de Faraday”:
1s ley de Faraday: El peso de una sustancia depositada es proporcional a la
intensidad de la corriente, es decir, al número de electrones por segundo y al
tiempo que ésta circula. En conclusión, una corriente de mucha intensidad que
circule a través del
electrolito durante mucho tiempo depositará más sustancia que una corriente
débil que actúe durante un tiempo corto.
2s ley de Faraday: El peso de una sustancia depositada durante
la electrólisis es proporcional al peso equivalente de la sustancia, es decir,
que cuando la misma corriente circula durante el mismo tiempo, las cantidades
de sustancias depositadas dependerán de su peso equivalente.
b. Electrólisis del Cloruro de Sodio
Se lleva a cabo en unacelda electrolítica, la cual está integrada por un
recipiente que contiene cloruro sódico y dos electrodos de un material
conductor sólido, generalmente un metal o un grafito. Cuando a dichos
electrodos se les conecte una batería o una fuente de corriente continua
mediante dos cables conductores, ocurrirá lo siguiente
a.- Uno de los electrodos se carga negativamente al recibir electrones de la
fuente exterior, y atrae iones positivos hacia su superficie. Al alcanzar el
electrodo, cada ión sodio recibe un electrón y se
reduce para formar metálico que asciende hacia la superficie del electrólito fundido.
b.- El otro electrodo se carga positivamente al
transferir electrones al exterior; los iones cloruro son atraídos y en él cada
ión cloruro cede un electrón al electrodo y se oxida a cloro atómico.
Estos átomos de cloro se combinan para formar moléculas de cloro que ascienden como
burbujas de gas hacia la superficie.
Las reacciones que se producen o efectúan en la superficie de los electrodos
son las siguientes:
* Electrodo positivo CÁTODO: 2 Cl¯ až” Cl2 + 2a„®¯
* Electrodo negativo ÁNODO: Na+ + a„®¯ až” Na
El electrodo en que se produce la oxidación es el ánodo y el electrodo en que
tiene lugar la reducción es el cátodo.
La reacción neta que se produce en la célula electroquímica:
2Na+ (1) + 2a„®¯ až” 2Na (1) (I)
2Cl¯ (1) až” Cl2 (g) + 2a„®¯ (II)
_____ _______ ______ __________
Na+ (1) + 2Cl¯ (1) až” Cl2 (g) + 2Na (1)
El cloruro de sodio no conduce la corriente eléctrica, pero silo hace fundido;
cuando fluye la corriente, se libera un gas de color verde pálido que es el
Cloro, en uno de los electrodos. Se forma sodio metálico fundido de color
blanco plateado Na, en el otro electrodo y flota en la parte superior del NaCl fundido.
c. Electrólisis del Agua
El agua compuesto formado por dos elementos, H (hidrógeno) y O (oxígeno), en su
formula molecular H2O, al aplicarle energía en forma de electricidad se separan
ambos elementos, de la siguiente forma:
a.- Alrededor del POLO NEGATIVO se forma hidrógeno = H2
b.- Alrededor del POLO POSITIVO se forma oxígeno = O2
La reacción química que se produce es = 2 H2O až” 2 H2 + O2
En este proceso químico, se podrá observar mayor desprendimiento de burbujas
alrededor del polo negativo, ya que se desprende más hidrógeno que oxígeno.
Cabe destacar que al añadir un poco de vinagre, se
facilita la conductividad del
agua y se desprenden más burbujas. El agua es poco conductora
de la corriente eléctrica, pero cuando se disuelven determinadas sustancias, se
ha comprobado que mejora su conductividad.
Por otra parte en importante mencionar, que los enlaces del agua (H – O) son covalentes, luego no son
conductores como tales de la electricidad; la
disolución de alguna sustancia facilita una ruptura previa de las moléculas de
agua H2O až” H+ + OH-
.
d. Sistemas de electrólisis salina
Es una alternativa que existe para desinfectar e higienizar el agua; la forma
tradicional de tratamiento del agua de piscina,
consistefundamentalmente en la adición de cloro en cualquiera de sus formas
comercialmente disponibles. Dicho esto se puede decir, que los sistemas de
electrólisis salina buscan aportar un nuevo concepto
para el tratamiento de las piscinas, mejorando la calidad del
agua, y sobre todo evitando la manipulación del cloro.
En definitiva, generan cloro a partir de sal común disuelta en agua, la sal necesaria para su funcionamiento debe ser añadida a
la piscina en una concentración de 4 a 6 Kg por m3, es decir, 6 veces inferior
a la del agua
de mar. El tratamiento del agua por medio de la
electrólisis es un sistema cerrado en el que no hay consumo de sal, solo se
consume energía eléctrica.
SISTEMA EN CICLO CERRADO
Materia Orgánica
Patógenos
NaCl HClO
Electrólisis
(Sal) (Ácido hipocloroso
Electricidad
En resumen los agentes desinfectantes creados en todo este proceso son:
a.- Hipoclorito: gracias a la electrólisis del cloruro sódico.
b.- Oxígeno: producto de la hidrólisis del agua que ayuda a
destruir organismos secundarios.
c.- Ozono y oxidrilo radical: poderosos desinfectantes
producidos en las reacciones que ocurren en el cátodo y el ánodo.
e. Electrolisis Percutánea Intratisular
Es un nuevo método revolucionario que brinda la oportunidad de tratar las
tendinitis, tendinosis crónica, fibrosis musculares y ligamentosas. Fue creada por el Fisioterapeuta José Manuel Sánchez en el año
2000, después de muchos añosde investigación en el campo de la regeneración
tendinosa y fisiopatología de los tejidos blandos.
El hidróxido de sodio o la lejía orgánica formado a través de este proceso químico de la electrólisis, por ser altamente
caustica, es un instrumento efectivo en la destrucción del tejido biológico.
La EPI es básicamente un proceso químico en el que no
existe ni cocción ni electrocución del tejido,
es decir, muerte por descarga eléctrica del
tejido con este método.
Cuando se introducen una o varias agujas en la región afectada que se va a
tratar y se aplica corriente eléctrica, las sales del tejido intersticial
combinadas con la humedad de la propia sustancia fundamental se convierte en
lejía orgánica como se mencionó anteriormente y es esta lejía la que provocará
una destrucción del tejido y la respuesta inflamatoria para su reparación.
f. Aplicaciones de la Electrólisis
Son diversas las aplicaciones de la electrólisis, entre las que cabe mencionar
la electrodeposición de metales, un ejemplo propio de esto, el brillo metálico
de los motores de los coches se consigue mediante la deposición de cromo, el
cromado tiene doble objetivo, embellecer el motor y hacerlo más resistente a la
corrosión.
Por otra parte, tiene un importantísimo papel en la
producción y refinado de metales; la soda o sosa caústica, el cual es un
producto químico fundamental para la producción de papel, rayón y película
fotográfica. El cloro obtenido en esta reacción se emplea en la producción de pasta
de madera
y papel.
Asímismo, a través de ella se ha podido producir
aluminio, magnesio y sodio en un horno eléctrico, que se calienta con sales
metálicas hasta fundirse y se ioniza.
En métodos de refinado electrolítico se ha llegado a
utilizar, para mejorar el plomo, el cobre, el oro y la plata, permitiendo así obtener un metal de
gran pureza.
Y por ultimo y no menos importante la producción de hidrógeno con múltiples
usos en la industria química y farmacéutica, para la hidrogenación de derivados
del petróleo y
aceites y además puede utilizarse como
combustible, en soldaduras etc… Sin dejar de mencionar el oxígeno y el cloro,
de lo cual se dio una explicación detallada anteriormente.
EPI GALVANOPLASTIA
Conclusiones
La química está presente en toda nuestra vida y el entorno, nos rodea por todas
partes, opera a escala humana, en definitiva es la
ciencia versátil que se renueva así misma. No podemos pensar en la Cirugía sin
anestésicos y antisépticos, en los aviones sin aleaciones ligeras ni gasolinas especiales, en los vestidos sin colorantes, en
los puentes sin hierro y cemento, porque en todo esto, esta presente el
desarrollo y la aplicación de la ciencia química.
Es por ello que, mediante la realización de este trabajo se llegó a la
conclusión de que el fenómeno de la electrólisis (el cual tuvo su fabuloso
descubrimiento entre 1800 y 1830 por parte de Michael Faraday físico y químico
ingles); es un procesoindustrial significativo que tiene particular importancia
en la extracción y purificación de ciertos metales, y para aplicar una capa
metálica externa a un objeto.
Esta última aplicación es muy utilizada en procesos como la
galvanoplastia, la galvanostegia y el niquelado, lo cual tienen gran
importancia en la industria, ya que mediante ellos se fabrican latas para
envasar alimentos y se hacen el cromado y el chapeado, entre otros.
Cabe destacar que otra de las aplicaciones industriales de los procesos de
oxido reducción es la que nos permite obtener cloro, hidrógeno e hidróxido de
sodio a partir de sal común o NaCl, que unido a esto, se han desarrollado
sistemas de electrolisis salinas, que como se dijo con anterioridad, son una
alternativa para el tratamiento del agua de piscinas.
Referencias bibliográficas
* CHANG Raymond y COLLEGE Williams (2002
“Química General”
7s edición McGRAW- HILL
* ATKINS Peter William y JONES Loretta (2006)
“Principios de química”
Editorial Médica Panamericana, S.A.
3ra edición
* Inmaculada Julián (1999)
“Diccionario de química”
Editorial Complutense S.A.
Fuentes electrónicas:
* www.fisicanet.com.ar/quimica/q1_electrolisis.php
* www.codelcoeduca.cl/minisitios/docentes//1_naturales_NB6-8B_NM1
* es.wikipedia.org/wiki/Electrólisis_del_agua
* https://www.piscinasagua.com/agua/tratamiento-agua-electrolisis.html
