Indagacion 7, 8 y 9

Electrólisis

La electrólisis o electrolisis es un proceso donde se separan los elementos del compuesto que forman, usando para ello la electricidad.

La palabra electrólisis viene de las raíces electro, electricidad y lisis, separación.

Proceso

• Se aplica una corriente eléctrica contínua mediante un par de electrodos conectados a una fuente de alimentación eléctrica y sumergidos en la disolución. El electrodo conectado al polo negativo se conoce como ánodo, y el conectado al positivo como cátodo.

• Cada electrodo atrae a los iones de carga opuesta. Así, los iones negativos, o aniones, son atraídos y se desplazan hacia el cátodo (electrodo positivo), mientras que los iones positivos, o cationes, son atraídos y se desplazan hacia el ánodo (electrodo negativo).

Animación sobre la Electrolísis del Agua.

• La energía necesaria para separar a los iones e incrementar su concentración en los electrodos es aportada por la fuente de alimentación eléctrica.

• En los electrodos se produce una transferencia de electrones entre éstos y los iones, produciéndose nuevas sustancias. Los iones negativos o aniones ceden electrones al cátodo (+) y los iones positivos o cationes toman electrones del ánodo (-).

En definitiva lo que ocurre es una reacción de oxidación-reducción, donde la fuente de alimentación eléctrica se encarga de aportar la energía necesaria.

Electrólisis del agua

Si el agua no es destilada, la electrólisis no sólo separa el oxígeno y el hidrógeno, sino los demás componentes que estén presentes como sales, metales y algunos otros minerales.( lo que hace conductividad en el agua no es el puro H2O, sino que son los minerales, si el agua estuviera destilada y fuera 100% pura, no tendría conductividad.)

Es importante hacer varias consideraciones:

- Nunca deben unirse los electrodo, ya que la corriente eléctrica no va a conseguir el proceso y la batería se sobrecalentará y quemará.

- Debe utilizarse siempre corriente continua (energía de baterías o de adaptadores de corriente), NUNCA corriente alterna (energía del enchufe de la red).

- La electrólisis debe hacerse de tal manera que los dos gases desprendidos no entren en contacto, de lo contrario producirían una mezcla peligrosamente explosiva (ya que el oxígeno y el hidrógeno resultantes se encuentran en proporción estequiométrica).

- Una manera de producir agua otra vez, es mediante la exposición a un catalizador. El más común es el calor; otro es el platino en forma de lana fina o polvo. El segundo caso debe hacerse con mucho cuidado, incorporando cantidades pequeñas de hidrógeno en presencia de oxígeno y el catalizador, de manera que el hidrógeno se queme suavemente, produciendo una llama tenue. Lo contrario nunca debe hacerse.

Aplicaciones de la Electrólisis

• Producción de aluminio, litio, sodio, potasio y magnesio
• Producción de hidróxido de sodio, clorato de sodio y clorato de potasio.
• Producción de hidrógeno con múltiples usos en la industria: como combustible, en soldaduras, etc. Ver más en hidrógeno diatómico.
• La electrólisis de una solución salina permite producir hipoclorito (cloro): este método se emplea para conseguir una cloración ecológica del agua de las piscinas.
• La electrometalurgia es un proceso para separar el metal puro de compuestos usando la electrólisis. Por ejemplo, el hidróxido de sodio es separado en sodio puro, oxígeno puro y agua.
• La anodización es usada para proteger los metales de la corrosión.
• La galvanoplastia, también usada para evitar la corrosión de metales, crea una película delgada de un metal menos corrosible sobre otro metal y sobre la Francisca.

Indagación 8:

Sintesis del agua

Estructura química del agua

La molécula de agua está formada por la unión de un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno mediante enlaces covalentes (cada átomo de H de una molécula comparte un par de electrones con el átomo de O).

La electronegatividad del O es mayor que la del H por lo que los electrones compartidos se desplazan hacia el átomo de O.

El O posee cuatro electrones más sin compartir, lo que tiene dos consecuencias:

La geometría triangular de la molécula.

La presencia de una carga negativa débil en la zona donde se sitúan los electrones no compartidos.

Esto último junto con la menor electronegatividad de los átomos de H, crea una asimetría eléctrica en la molécula de agua que provoca la aparición de cargas eléctricas parciales opuestas,  de manera que la zona de los electrones no compartidos del O es negativa y la zona donde se sitúan los H es positiva. Por eso, la molécula de agua tiene carácter dipolar.

Esta polaridad favorece la interacción entre las moléculas de agua (la zona con carga eléctrica parcial negativa de una de ellas es atraída por la zona con carga parcial positiva de otra), estableciéndose entre ambas un puente de hidrógeno.

Estos puentes de hidrógeno se dan entre el H y átomos electronegativos (O y N). Son enlaces más débiles que los covalentes, se forman y se rompen constantemente (en el agua líquida cada enlace dura 10-11 seg.). Presentan una gran cohesión molecular y una gran estabilidad molecular.

Indagacion 9

Reacción química

Una reacción química o cambio químico es todo proceso químico en el cual dos o más sustancias (llamadas reactantes), por efecto de un factor energético, se transforman en otras sustancias llamadas productos. Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro.

A la representación simbólica de las reacciones se les llama ecuaciones químicas.

Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las que se da la reacción química. No obstante, tras un estudio cuidadoso se comprueba que, aunque los productos pueden variar según cambien las condiciones, determinadas cantidades permanecen constantes en cualquier reacción química. Estas cantidades constantes, las magnitudes conservadas, incluyen el número de cada tipo de átomo presente, la carga eléctrica y la masa total.

Los tipos de reacciones inorgánicas son: Ácido-base (Neutralización), combustión, solubilización, reacciones redox y precipitación.

Desde un punto de vista de la física se pueden postular dos grandes modelos para las reacciones químicas: reacciones ácido-base (sin cambios en los estados de oxidación) y reacciones Redox (con cambios en los estados de oxidación). Sin embargo, podemos estudiarlas teniendo en cuenta que ellas pueden ser:

Nombre	Descripción	Representación
Reacción de síntesis	Elementos o compuestos sencillos que se unen para formar un compuesto más complejo.	A+B → AB
Reacción de descomposición	Un compuesto se fragmenta en elementos o compuestos más sencillos.En este tipo de reacción un solo reactivo se convierte en zonas o productos.	AB → A+B
Reacción de desplazamiento o simple sustitución	Un elemento reemplaza a otro en un compuesto.	A + BC → AC + B
Reacción de doble desplazamiento o doble sustitución	Los iones en un compuesto cambian lugares con los iones de otro compuesto para formar dos sustancias diferentes.	AB + CD → AD + BC