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Electrólisis del cloruro de sodio

Publicado por Ángeles Méndez

La electrólisis del NaCl ( cloruro de sodio) en fundición se puede realizar en una celda electrolítica común. El electrólito se encuentra formado por una fundición de cloruro de sodio ( con un punto de fusión de 801ºC), que tiene un contenido de iones Na+ y Cl-. Los electrodos, constituidos por lo general de un material inerte como puede ser por ejemplo, el grafito, se encuentran conectados a través de un cable conductor a una fuente de corriente de tipo continua; uno de los electrodos se carga de manera negativa ( el que se encuentra conectado al polo negativo) y el otro se conectado positivamente ( el conectado al polo positivo).

Determinación del voltaje de una pila electroquímica

El electrodo que se encuentra cargado negativamente atrae hacia su superficie los iones de tipo positivos. Cada ion sodio recibe un electrón y este se reduce para formar un átomo de sodio. Los átomos de sodio en el electrodo se mezclan para formar sodio metálico que, debido a ser más denso, sale a la superficie del electrólito.

Cátodo ( negativo) : Na+ + e- → Na ( reducción)

El electrodo que se encuentra cargado positivamente trae hacia su superficie los iones de tipo negativos. Los iones cloruro dan un electrón al electrodo y se transforman en átomos de cloro, que se combinan para dar lugar a un Cl2 (g), que sube a la superficie en forma de burbujas:

Ánodo ( positivo): 2 Cl- → Cl2 + 2e- ( oxidación)

La reacción global que tiene lugar en la celda electroquímica es:

2Na+ + 2Cl- → Cl2 (g) + 2Na (l)

En la superficie de cada electrodo tiene lugar una transferencia de electrones: del cátodo va hacia el electrólito y del electrólito va hacia el ánodo.

En la celda electrolítica, los electrodos se encuentran separados entre sí por un diafragma poroso con el fin de evitar que se produzca una recombinación de sodio ( s) y de cloro (g), que se originan en la celda electrolítica para formar el NaCl, que es una reacción que no deseamos que ocurra, pues además es muy exotérmica. Para obtener el sodio de manera industrial por electrólisis, se usa una celda electrolítica más compleja de las habituales, conocida como celda Downs, que se está diseñada especialmente para evitar la producción de esta recombinación.

Cuando una celda electrolítica que contienen electrones inertes, se le inserta un electrólito fundido, tiene lugar la oxidación del anión en el ánodo y la reducción del catión en el cátodo. Pero, sin embargo, cuando se lleva a cabo electrolisis de disoluciones acuosas de los mismos electrólitos, los productos de la electrólisis puede ser distintos, pues el agua también puede llegar a participar en las reacciones de electrodo: se puede oxidar a oxígeno (g) o reducir a hidrógeno (g).

En la electrólisis de una disolución de tipo acuosa del cloruro de sodio, donde se producen hidrógeno gaseoso, cloro gaseoso e hidróxido de sodio como subproducto. De igual modo que sucede en la electrólisis del cloruro de sodio fundido, los iones cloro sufren oxidación a Cl2; pero, en el cátodo no se produce la reducción de los iones sodio a sodio metálico, sino la del agua a hidrógeno gas, ya que el agua es ás sencillamente reducible que los iones de sodio. Las reacciones que tienen lugar para cada electrodo son:

Cátodo ( negativo): 2 H2O + 2e- → 2 OH- + H2 (g) ; reducción
Ánodo ( positivo): 2Cl- → Cl2 + 2e-; oxidación

La ecuación global que resulta podemos escribirla de la forma:

2 H2O (l) + 2 NaCl (ac) → Cl2 (g) + H2 (g) + NaOH (ac)

En la electrólisis de una disolución de tipo acuosa de cloruro de sodio, el agua se ha reducido a hidrógeno bimolecular pero, en diferentes ocaciones, también puede oxidarse a oxígeno; esto ocurre en la electrólisis de disoluciones acuosas de sulfato de sodi. En dicho caso, el agua es la única especie que participa en la reacción, pues se provoca su oxidación a oxígeno gaseoso en el ánodo, y su reducción a hidrógeno bimolecular gaseoso en el cátodo:

Cátodo ( negativo): 4 H2O + 4e- → 4 OH- + 2H2 (g) ; reducción
Ánodo ( positivo): 2 H2O → O2 (g) + 4 H+ + 4e-; oxidación

la reacción global es: 2 H2O → 2 H2 (g) + O2 (g)

Las tablas que existen sobre los potenciales de reducción estándar orientan sobre la sencillez con la que se pueden producir los procedimientos de oxidación y reducción, pero en algunos casos se puede alterar el proceso por requerimientos de potencial ( sobrevoltaje).

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