Hidrógeno

Electrólisis y su reacción

La electrólisis es un proceso electroquímico que permite una reacción de óxido reducción, por medio de una pila y dos electrodos.

Los electrodos están sumergidos en un líquido llamado electrolito, generalmente agua, en el que se adiciona una sustancia, que es la que se disocia (es decir, algo que se oxida, y algo que se reduce, produciendo una reacción redox). En estos casos, se dice que la sustancia agregada se encuentra en solución acuosa.

Como ejemplo de uso de la electrólisis, tenemos el de la celda galvánica o voltaica, la cual transforma una reacción química espontánea en una corriente eléctrica, como las pilas y las baterías.

Ejemplo - Reacción de NaCl en solución acuosa.

Como está en solución acuosa, se descarga el anión (o sea el Cl) del electrolito, pero el catión no, ya que en su lugar se reduce el agua:

Ánodo

Cátodo

Sumando ambas ecuaciones balanceadas tenemos:

Puesto que el ion sodio permanece sin modificación en la solución, ya que no se redujo, se combina con el OH- formando hidróxido de sodio, quedando la reacción como sigue:

Precisamente, este proceso es una fuente comercial de hidrógeno gaseoso, cloro gaseoso e hidróxido de sodio (por evaporación de la solución restante de la electrolisis, ya que está diluido).

Estequiometría de una reacción

La estequiometria se define como la relación cuantitativa entre especies químicas reactivas. La estequiometria de una reacción es la relación entre el número de moles de reactivos y productos, según una ecuación química ajustada.

Se plantea el siguiente ejemplo, en donde se hace reaccionar un trozo de 6 g de Zn con una disolución de ácido clorhídrico 2 Molar, obteniéndose cloruro de Zinc(II) e hidrógeno gaseoso (H2 ). Escriba y ajuste la reacción que tiene lugar. ¿Cuántos gramos de HCl se necesitan? ¿Qué volumen de la disolución 2 Molar será necesario? ¿Cuántos gramos de Hidrógeno se obtendrán? ¿Qué volumen ocuparán, medidos a 3 atm y 37ºC?

La reacción que tiene lugar, ya ajustada, es:

Para calcular las cantidades de los diferentes reactivos y/o productos que intervienen, debemos tener en cuenta la estequiometría de la reacción, que es:

Zn 2HCl -> ZnCl2 H2

1 mol = 65.4g 2 moles =

2 * 36.5 = 73g 1 mol = 136.4g 1 mol = 2g

6g X Y Z

La cantidad de HCl que se necesita es

X= (6g*73g)/65.4g= 6.70g de HCl

Para determinar el volumen de la disolución, utilizaremos la expresión que nos da la molaridad de una disolución:

, es decir,

, de donde

LDISOLUCION = 6.70/(2*36.5) = 0.092 Litros = 92 ml de volumen de disolución de HCl

Para determinar la cantidad de hidrógeno, volvemos a tener en cuenta la estequiometria de la reacción, y así:

Z = (6g*2g)/65.4g = 0.18 g de H2 se desprenden

El volumen que ocupa esta cantidad de Hidrógeno gaseoso lo calculamos partiendo de la ecuación general de los gases ideales:

3*V= 0.18/2*0.082*310.15 = 2.289/3 = 0.76 litros de H2

Balance de energía de la ecuación por medio de balanceo REDOX

Antiguamente se entendía por oxidación a aquellos procesos en que una sustancia tomaba oxígeno y por reducción a aquellos otros en que éste se liberaba.

Posteriormente, se aceptó la reducción como aquellas reacciones en las que se fijaba hidrógeno y oxidación en las que éste se liberaba. Actualmente se considera como reacciones redox, o de oxidación reducción a aquellas en las que cambia el estado o grado de oxidación de las especies reaccionantes porque se produce un intercambio de electrones entre los reactivos, aunque no intervengan en ellas ni el oxígeno ni el hidrógeno.

Para que se produzca una reacción redox es necesaria la presencia de una especie que ceda electrones (reductor) y otra especie que acepte electrones (oxidante).

Las reacciones redox son ampliamente utilizadas en la medicina. Como ejemplo, tenemos el electrocardiógrafo. Se trata de un aparato que registra la corriente eléctrica generada por los latidos del corazón. Dos conductores acoplados a ambos brazos y la pierna izquierda lleva la corriente al aparato donde queda registrada fotográficamente en forma de ondas, cuyo conjunto recibe el nombre de electrocardiograma.

Ejemplo de equilibrio Redox:

En la reacción:

,

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