T.P. Laboratorio. La electrólisis

Introducción

El agua es una sustancia indispensable para la vida y es un gran disolvente universal, cubre cerca de las tres cuartas partes de la superficie terrestre y se encuentra en tres estados: sólido, líquido y gaseoso. El agua no tiene forma determinada, adopta la del recipiente que lo contiene.

Hay muchas pruebas que la vida empezó en un medio acuoso; así las células de los seres vivos están formadas principalmente por agua, por ejemplo el cuerpo humano está formado por un 70% de agua. Según su grado de pureza el agua puede ser:

 Agua destilada, es químicamente pura. No tiene otros elementos que no sean el hidrógeno y el oxígeno; se obtiene por destilación en el laboratorio.

 Agua potable, contiene pequeñas cantidades de sales disueltas, indispensables para el organismo, es apta para la bebida y puede disolver al jabón.

 Agua dulce, está formando los ríos y lagos, contiene mayor cantidad de sales disueltas que la anterior.

 Agua salada, está formando los mares y contiene abundante cantidad de diversas sales.

Su fórmula química es H2O, lo que se comprueba descomponiendo esta molécula por acción de la corriente eléctrica en hidrógeno y oxígeno, a este fenómeno se lo llama electrólisis del agua.

La electrólisis es el proceso de descomposición de una sustancia por medio de la electricidad. La palabra electrólisis significa "destrucción por la electricidad".

La mayoría de los compuestos inorgánicos y algunos de los orgánicos se ionizan al fundirse o cuando se disuelven en agua u otros líquidos; es decir, sus moléculas se disocian en especies químicas cargadas positiva y negativamente que tienen la propiedad de conducir la corriente eléctrica. Si se coloca un par de electrodos en una disolución de un electrolito (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. 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.

La acción de una corriente sobre un electrolito puede entenderse con un ejemplo sencillo con la electrolisis del agua. Si el agua se disuelve en bicarbonato de sodio, se disocia en iones oxígeno, positivo e iones hidrógeno, negativos. Al aplicar una diferencia de potencial a los electrodos, los iones oxígeno se mueven hacia el electrodo negativo, se descargan, y se depositan en el electrodo como átomos de oxígeno. Los iones hidrógeno, al descargarse en el electrodo positivo, se convierten en átomos de hidrógeno.

Esta reacción de descomposición producida por una corriente eléctrica se llama electrólisis. En todos los casos, la cantidad de material que se deposita en cada electrodo al pasar la corriente por un electrolito sigue la ley enunciada por el químico físico británico Michael Faraday. Esta ley afirma que la cantidad de material depositada en cada electrodo es proporcional a la intensidad de la corriente que atraviesa el electrolito, y que las masas de distintos elementos depositados por la misma cantidad de electricidad son directamente proporcionales a las masas equivalentes de los elementos, es decir, a sus masas atómicas divididas por sus valencias. Todos los cambios químicos implican una re-agrupación o reajuste de los electrones en las sustancias que reaccionan; por eso puede decirse que dichos cambios son de carácter eléctrico.

El proceso consiste en que los electrones son capturados por los cationes en el cátodo y también se produce la liberación de los aniones en el ánodo, es decir, se da una reacción de reducción y oxidación.

Se eligió esta experiencia porque resulta interesante su proceso, es viable y de fácil adquisición manual.

Es un procedimiento sencillo y fructífero, como para atrapar y cautivar a los alumnos en una clase, además que permite una fácil comprensión por parte de ellos y una agradable explicación por parte del docente.

Se podría enseñar en un futuro, en el área de Biología y Química en un curso con terminalidad de Ciencias Naturales con un grupo de Educación Secundaria.

Problemática

¿Cómo se puede descomponer las moléculas de agua en sus componentes: Hidrógeno y Oxígeno?

Hipótesis

El agua es un compuesto químico que puede descomponerse a través de la electrólisis.

Aplicando este proceso se separan los elementos H y O que componen la molécula de agua.

Objetivos

 Descomponer la molécula de agua por medio de la electrólisis.

 Comprender y adquirir conceptos de electrólisis y el mecanismo por el cual las moléculas son divididas.

 Comprobar el efecto de la electricidad sobre el agua.

 Contribuir al desarrollo de la ciencia.

Materiales (medidas aproximadas)

 2 frascos

 10 hojas de afeitar

 1 trozo de lija de agua (360)

 1 metro de cable de cobre de 2mm, doble, forrado

 1 metro de manguera para suero con gotero

 1 litro de agua

 1 cucharada sopera de sal fina

 1 batería de auto

 1 aguja de jeringa

 1 encendedor

 1 tijera

 1 trincheta

 1 cuchara sopera

 1 taladro

 1 cinta métrica

 1 marcador

 1 regla de 25cm

 1 pistola de calor y silicona

 1 máquina de estaño

Procedimiento

Con la ayuda de una cinta métrica y un marcador, tomar las medidas correspondientes de cada elemento.

-1º paso:

Tomar 10 hojas de afeitar y meticulosamente con una lija de agua (360), comenzar a lijarlas completamente en ambos extremos y a los dos lados.

-2º paso:

Agarrar un par de cables de cobre de 2mm y con ayuda de una tijera cortar 8 tramos de 3 cm aproximadamente. Seguido de esto con una máquina de estaño, pre-estañar un punto en cada parte superior derecha de las hojas de afeitar y hacer lo mismo con todos los cables a ambos lados.

-3º paso:

Asir una trincheta y consiguientemente cortar una regla a los 10 cm, en la cual colocar las hojas de afeitar con una distancia de 5 mm una de la otra (no deben tocarse). A cada una de ellas pegarlas con silicona para fijarlas y asegurarse de que permanezcan firmes y con puntos de estaño intercalados, es decir, que el punto de soldadura en una quede en la parte superior de la regla y la otra en la parte inferior. Realizar cada ítem con mucho cuidado.

-4º paso:

Luego de que la silicona este completamente seca, en los puntos con estaño, soldar los cablecitos en cada uno de los puntos en forma de puente (el final de uno con el principio del otro). En los puntos finales soldar un par del mismo cable de 70 cm de largo (uno en el punto final superior y uno en el punto final inferior), a partir de eso con una distancia de 6 cm, fijar el cable (que va a ser dirigido hacia la batería) con silicona.

-5º paso:

Utilizando dos frascos con tapas que sellen, elaborar lo siguiente: sobre cada una de ellas hacer dos orificios muy pequeños manipulando un taladro. Procurando que sean iguales.

-6º paso:

Recortar el gotero dejando solo unos 5mm a partir de la manguera de suero, esta debe tener unos 40cm de longitud, la vamos a introducir en uno de los orificios de una de las tapas (de abajo hacia arriba) y sellar muy bien la parte del gotero con silicona. Hacer exactamente lo mismo con el cable del generador que va hacia la batería, pegar la regla exactamente en el medio de ambos orificios y dejar que se seque.

-7º paso:

En la tapa que queda; introducir la manguera que viene del generador, de arriba hacia abajo, por uno de los orificios y asegurarse que llegue hasta el fondo del frasco.

Tomar unos 40 cm más de manguera y colocar un par de cm solamente, en el orificio restante y sellar con silicona.

-8º paso:

Poner 3/4 de agua en el frasco que contiene la manguera hasta el fondo y taparlo. Y para el otro frasco que contiene el dispositivo mezclar completamente la misma cantidad de agua que el anterior con una cucharada sopera, no tan cargada, de sal fina y volcarla en él y luego taparlo muy bien.

9º paso:

En la manguera de suero que quedó suelta en el exterior, situar una aguja de jeringa.

10º paso:

Conectar la batería de un auto en el cable que sale desde el generador y encender la punta de la jeringa con un encendedor.

Así finalmente queda concluido el experimento, donde se podrá comprobar el proceso de electrólisis

Registro de datos

 Llama de la aguja: -color: rojo amarillento. -longitud: 4mm. -diámetro 3mm.

 Agua del frasco: -burbujeo constante con burbujas grandes, en el frasco que contiene dos mangueras y en el otro el burbujeo era rápido y continúo con burbujas pequeñas y el agua se tornó verdosa, dejando una película palpable de tono negro verdoso.

Análisis

Una vez realizada la práctica se pudo comprobar y ser testigo que efectivamente las moléculas del agua pueden ser separadas por ELECTRÓLISIS.

El resultado principal de ello fue que el gas formado en la carga negativa o llamada cátodo (en donde se obtuvo el hidrógeno) fue el doble que el gas que se encontraba

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