Electrólisis.
Imagen y texto de células electrolíticas.
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Una fuente de corriente continua está conectada a un par de electrodos inertes sumergidos en cloruro de sodio fundido. Debido a que la sal se ha calentado hasta que se derrite, los iones Na + fluyen hacia el electrodo negativo y los iones Cl hacia el electrodo positivo.
Cuando los iones Na + chocan con el electrodo negativo, la batería tiene un potencial lo suficientemente grande como para obligar a estos iones a recoger electrones para formar metal de sodio.
Los iones que colisionan con el electrodo positivo se oxidan a gas de cloro, que burbujea en este electrodo.
El efecto neto de pasar una corriente eléctrica a través de la sal fundida en esta celda es descomponer el cloruro de sodio en sus elementos, sodio metálico y cloro gaseoso.
Los electrones de cada átomo, y los electrones del cloruro de sodio, pueden ionizarse si se exponen al potencial eléctrico correcto; una diferencia de potencial eléctrico es una fuente de energía. En algunos casos, un átomo o molécula preferirá recibir un electrón, y en otros casos, un átomo o molécula preferirá donar un electrón. Esta capacidad de aceptar o donar espontáneamente un electrón se llama potencial redox. Todas las sustancias tienen un potencial redox.
Es bien sabido que en el agua, el cloruro de sodio se ioniza a iones de sodio con carga positiva e iones de cloro con carga negativa. Hemos teorizado que esto es cierto, ya que el agua destilada (pura) y el cloruro de sodio cristalizado (sólido puro) son malos conductores de la electricidad, pero cuando disuelve una pequeña cantidad de cloruro de sodio en el agua, se convierte en un muy buen conductor de electricidad. Del mismo modo, si calienta el cloruro de sodio a su punto de fusión (801C), también se convierte en un buen conductor de electricidad. Si la conductividad de una solución está relacionada con la concentración de partículas ionizadas libremente, que fue establecida y estudiada por Friedrich Kohlrausch, entonces es razonable pensar que tanto el sodio como el cloro se mueven libre y separadamente tanto en la solución acuosa como en la fundida. cloruro de sodio.
También es probable que los iones de cloro cerca del ánodo con carga positiva se sientan atraídos por él. Una vez que dos átomos de cloro se acercan entre sí cerca del ánodo, es muy probable que pierdan sus electrones y se unan como una molécula de cloro. Con toda probabilidad, esto no va a suceder de una vez: un átomo de cloro podría perder su electrón y cargarse neutralmente, pero en ese punto también se volvería muy reactivo y querría formar un compuesto con cualquier cosa cercana. Probablemente formaría una molécula de catión dicloro cargado negativamente, que fácilmente perdería un segundo electrón para formar una molécula de cloro estable. Luego burbujearía como un gas, ya que la molécula de cloro no polar no es muy soluble en el cloruro de sodio líquido muy polar. Un proceso similar ocurre en el cátodo, donde el átomo de sodio cargado positivamente gana un electrón para formar metal de sodio. El metal de sodio es no polar por definición (los átomos aislados suelen tener nubes esféricas de electrones muy simétricas) y es líquido a temperaturas superiores a 98 ° C, por lo que es probable que se autoagregue formando una capa líquida alrededor del cátodo o una amalgama metálica con el metal del cátodo. . Si la temperatura de la masa fundida es igual o superior al punto de ebullición del sodio metálico (883C), el sodio se vaporizará y creará una mezcla peligrosa de sodio y cloro gaseoso si no está bien contenido y separado. Sin embargo, en un aparato práctico que se mantiene por debajo de esta temperatura, el metal de sodio es menos denso que el cloruro de sodio fundido, y flotará por el lado del electrodo donde puede recogerse, como en la imagen a continuación.
imagen de Electrólisis de cloruro de sodio – Libro de texto abierto ilimitado
También puede preguntar, ¿por qué el sodio no pierde un segundo electrón en el ánodo, o el cloro gana un segundo electrón en el cátodo? Hasta cierto punto, ambos procesos también ocurrirán si hay suficiente energía potencial, voltaje, para hacerlo. Pero tal cambio requiere más energía, por razones en otra respuesta de Quora: ¿Por qué el valor del segundo potencial de ionización es mayor que el primer potencial de ionización? Los iones de doble carga altamente energizados probablemente reaccionarían transfiriendo su carga adicional a su contraparte en lugar de continuar para mantener estos iones inestables y altamente reactivos o formar cualquier otro compuesto. Pero siempre es una posibilidad, y cuando se realiza la electrólisis de materiales que pueden cargarse positiva o negativamente o perder o ganar más de un electrón, esto debe tenerse en cuenta al diseñar un aparato de electrólisis práctico.
