Electrólisis del Agua: qué es y cómo funciona

La forma con la cual los científicos dividen las moléculas del agua es por medio de la electrólisis.  En términos básicos, es un proceso mediante el cual es posible descomponer las moléculas de hidrógeno y de oxígeno de las que se compone el agua. Esto es posible mediante la aplicación de corriente eléctrica que pueda ser suministrada desde unos electrodos o por medio de una batería o pila.

¿Qué es la electrólisis?

Los científicos han aprendido a usar el poder de la electricidad para dividir elementos y compuestos. Basándose en ello, la  electrólisis ayuda a que se dividan los elementos compuestos de un solo tipo de átomo. Este proceso se puede aplicar a cualquier sustancia que esté compuesto por varios elementos. Sin duda, es un método ideal para entender la forma en que están organizadas las sustancias que conforman el mundo que nos rodea.

Si se hace un análisis de la palabra “electrólisis” se puede entender de qué va este tipo de proceso. La palabra “electro” hace referencia a la electricidad, mientras que la palabra “lisis” hace referencia a la división. Por lo tanto la palabra electrólisis significa que se está realizando una “división eléctrica”.  Sin duda, es una excelente estratagema usada en el mundo de las ciencias, pero también tiene finalidades más allá de lo académico.

¿Cómo se realiza este proceso?

El agua es un elemento natural el cual cuya composición es de dos compuestos de átomos de hidrógeno, representado con la letra H, y tiene un átomo de oxígeno, representado con la letra O. Es por ello que la fórmula química del agua es H2O. Cuando se le aplica el proceso de la electrólisis al agua se están separando sus componentes.

Para que surta efecto, es necesario que el agua no se encuentre en su estado puro, lo cual quiere decir que debe de contener pequeñas cantidades de sales y de minerales. Además, la corriente eléctrica debe ser suministrada de forma constante, el electrodo con la carga negativa estará conectado al electrolito que esta fundido llamado cátodo y el otro se le llamará ánodo. Lo que se trata de hacer es que el cátodo tendrá el hidrógeno mientras que el ánodo tendrá el oxígeno, este proceso se le denomina óxido reducción.

¿Qué utilidad puede tener realizar la electrólisis del agua?

Este experimento puede realizarse en casa, aunque realmente la finalidad de este proceso en escalas más grandes es que la sustancia resultante de hidrógeno sirve para soldaduras industriales como la galvanoplastia de metales. La electrólisis es una opción prometedora para la producción de hidrógeno a partir de recursos renovables. El hidrógeno puro que se produce en esta reacción se puede usar en las celdas de combustible para generar electricidad.

Usualmente, en los experimentos que se realizan en las escuelas o institutos de educación se utilizan baterías o pilas, aunque también se puede utilizar electrodos. Un electrodo es algo que conduce o transporta electricidad.

Los electrolizadores pueden variar en tamaño, desde pequeños equipos de tamaño de electrodomésticos que son adecuados para la producción de hidrógeno distribuido a pequeña escala hasta instalaciones de producción central a gran escala que podrían vincularse directamente a fuentes de energía renovables u otras que no emiten gases de efecto invernadero.

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La red eléctrica de hoy no es la fuente ideal de electricidad para la electrólisis porque la mayor parte de la electricidad se genera utilizando tecnologías que producen emisiones de gases de efecto invernadero y consumen mucha energía. Al evaluar los beneficios y la viabilidad económica de la producción de hidrógeno a través de la electrólisis, se debe considerar la fuente de la electricidad requerida, incluido su costo y eficiencia, así como las emisiones resultantes de la generación de electricidad.

En algunos países, puede que no sea ideal la aplicación de este proceso debido a que no poseen los medios necesarios para poder proporcionar la cantidad de electricidad requerida durante todo el proceso. Esta opción se está tomando en cuenta debido a que la producción de hidrógeno por este medio se relaciona a opciones de energía renovable como la energía eólica y la energía nuclear.

La galvanoplastia utiliza una forma de electrólisis en la que los electrodos desempeñan un papel más importante que la conducción de la corriente. Usando electricidad, puedes recubrir el metal de un electrodo con el metal del otro. Las joyas y los cubiertos pueden tener un baño de plata o de oro, mientras que el zinc se utiliza a menudo para cubrir el hierro y protegerlo contra la oxidación.

electrolisis del agua ecuacion

¿Cómo son los electrolizadores de gran escala?

Los electrolizadores se componen de un ánodo y un cátodo separados por un electrolito. Hay de distintos tipos dado a que funcionan de formas diferentes de acuerdo a los materiales conductivos que se estarían utilizando. Por ejemplo, los electrolizadores que funcionan con membranas de polímeros o PEM, básicamente están utilizando un material plástico sólido especial.

El agua reacciona en el ánodo para formar oxígeno e iones de hidrógeno cargados positivamente llamados protones. Los electrones fluyen a través de un circuito externo y los iones de hidrógeno se mueven selectivamente a través del PEM al cátodo. En el cátodo, los iones de hidrógeno se combinan con los electrones del circuito externo para formar gas de hidrógeno. Reacción anódica: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e – Reacción catódica: 4H + + 4e – → 2H 2

Por otra parte, los electrolizadores alcalinos funcionan transportando iones de hidróxido a través del cátodo al ánodo generando que el hidrógeno esté en el cátodo. Estos electrolizadores utilizan una solución alcalina líquida de hidróxido de sodio o potasio como electrólito.

Los electrolizadores de óxido sólido, que utilizan un material cerámico sólido como electrolito que conduce selectivamente los iones de oxígeno cargados negativamente (O2) a temperaturas elevadas, generan hidrógeno de una manera ligeramente diferente. El agua en el cátodo se combina con los electrones del circuito externo para formar gas de hidrógeno y iones de oxígeno cargados negativamente.

Los iones de oxígeno pasan a través de la membrana de cerámica sólida y reaccionan en el ánodo para formar gas de oxígeno y generar electrones para el circuito externo. Los electrolizadores de óxido sólido pueden usar efectivamente el calor disponible a estas temperaturas elevadas de varias fuentes, incluida la energía nuclear, para disminuir la cantidad de energía eléctrica necesaria para producir hidrógeno a partir del agua.

¿A qué temperatura funcionan estos equipos?

Los electrolizadores de óxido sólido deben operar a temperaturas lo suficientemente altas para que las membranas de óxido sólido funcionen correctamente. Se estaría hablando de temperaturas que van desde los 700 a los 800 grados centígrados, en comparación con los electrolizadores PEM que funcionan de 70 a 90 grados centígrados y los electrolizadores alcalinos comerciales funcionan de 100 a 150 grados centígrados.

reaccion de electrolisis del agua

Experimento de electrólisis

Se puede realizar un experimento doméstico con el cual se puede ver en directo de que se trata este experimento. Es necesario antes de realizar este proceso que se tomen las medidas de seguridad adecuadas dado que una incorrecta supervisión puede ocasionar un accidente, en particular si se cuenta con la presencia de niños.  Los materiales que se necesitan son: una de 6 o 9 voltios, dos cables de pinza de cocodrilo o cable aislado, un vaso plástico, un trozo de cartón y dos lápices comunes de madera.

El primer paso es llenar el vaso con agua tibia. Proceda a retirar las puntas que tienen los borradores de los lápices, así como también los aros metálicos que las sostienen. La idea es sacarle la punta a ambos extremos de los lápices ya que serán utilizados como si fuesen electrodos. El grafito funciona como un medio conductor de electricidad.

Recorte el cartón a la medida de la boca del vaso y proceda a realizar dos agujeros para colocar los lápices. Estos deberán tener al menos dos centímetros de separación entre sí. Al colocar los lápices deberán tener contacto con el agua sin que toquen el fondo del vaso.

La siguiente parte es importante realizarla con mucha cautela. Conecte la batería con un cable que tenga en la pinta una cabeza de pinza de cocodrilo para unirlo al grafito del lápiz. En forma envolvente, enrede el cable a lo largo del lápiz. Es posible que necesite usar cinta aislante especial para mantener los cables en su lugar.

Tan pronto como conecte los cables a la batería, verá burbujas alrededor de cada una de las puntas de los lápices en el agua que son los componentes del agua, hidrógeno y gas de oxígeno. Estos componentes se han dividido por la electricidad a medida que viaja a través del agua de un lápiz a otro. El lápiz conectado al terminal negativo de la batería recolecta gas hidrógeno mientras que el conectado al terminal positivo recolecta oxígeno. El agua no conduce la electricidad tan bien por sí misma, pero puede acelerar el proceso agregando un poco de sal de mesa al agua. De ese modo, se tiene una prueba doméstica de la electrólisis.

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