Varios elementos y compuestos se producen en la industria química por electrólisis. Por ejemplo, se obtienen el cloro, el flúor, el aluminio, el cobre, el hidróxido de sodio, entre otros.
El proceso de refinación electrolítica del cobre es muy importante para Chile. La celda electrolítica se construye utilizando como ánodo una plancha de cobre gruesa (pureza alrededor de 99,5%), y como cátodo una plancha más delgada de cobre de la más alta pureza (99,9%). Estos electrodos se sumergen en una solución que contiene sulfato cúprico y ácido sulfúrico. Al aplicar un voltaje de unos 0,40 V desde una fuente externa, se genera Cu2+ en el ánodo,
mientras que en el cátodo se reduce el ion Cu2+ a Cu. Las reacciones son:
Reacción anódica: Cu(s) Cu2+(ac) + 2e–
Reacción catódica: Cu2+(ac) + 2 e– Cu(s)
O sea, en términos netos, el proceso consiste en trasladar cobre del ánodo para incorporarlo en el cátodo. Se produce cobre electrolítico de la más alta pureza.
A medida que transcurre la electrólisis, el electrodo de cobre (ánodo) dismi- nuye su tamaño, mientras que la barra de cobre (cátodo), aumenta. Ciertos metales, como la plata, el platino y el oro, que contiene la barra de cobre impuro (ánodo) no se oxidan y terminan depositándose en el fondo de la celda electrolítica. A este material se le llama barro anódico. Otros elementos, también existentes en el electrodo de cobre impuro como, por ejemplo, estaño, antimonio, plomo, hierro, níquel, cinc, etcétera, se oxidan. Algunos precipitan como óxidos o hidróxidos (estaño, antimonio), el plomo precipita como sulfato de plomo, mientras que los otros cationes formados quedan en la solución. Es preciso destacar que la venta de la plata, el oro y el platino recuperados permiten financiar el proceso electrolítico.
ara tener
en cuenta
P
Galvanoplastía
Seguramente conoces sobre el hierro galvanizado o de piezas metálicas cromadas.
Cuando se utiliza un metal como cátodo en una celda electrolítica, se le puede recubrir con otro metal no solo con el propósito de protegerlo contra la corrosión, sino también para decorarlo o purificarlo. Las planchas de cinc utilizadas en techumbres se fabri- can introduciendo una plancha de hierro (cátodo) en una solución que contiene sulfato de cinc y un ánodo de cinc. La plancha se recubre con una delgada película de cinc mediante electrólisis. El cinc, al ser un metal más activo que el hierro, se oxida protegiéndolo. A este material se le llama hierro galva- nizado. El cromado es otro tipo de galvanizado en el que se deposita una fina capa de cromo metálico sobre diferentes metales, mediante un proceso electrolítico.
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En la red
Sobre electrólisis: http://www.fisicanet.com.ar/monografias/monograficos2/es14_electroquimica.php Proceso de electrorrefinación del cobre.Daños por corrosión.
Actividad experimental:
Agentes que provocan la corrosiónProcedimiento:
Antes de realizar las experiencias se deben lijar los clavos hasta obtener una superficie brillante.
a) Coloca agua destilada hervida en un tubo de ensayo y luego pon un clavo limpio en su interior. Tapa el tubo. Haz lo mismo, pero en un tubo con agua sin hervir. Observa la reacción y compara la rapidez con que ocurren.
b) Realiza ahora el mismo procedi- miento anterior, pero utilizando un tubo con agua oxigenada y otro con agua destilada y hervida. Compara y anota.
c) Prepara una solución de NaCl y llena un tubo de ensayo con la solución. Coloca un clavo limpio dentro de la solución. Para com- parar, coloca un clavo en otro tubo con agua destilada. Observa y anota. Compara la rapidez de las reacciones.
d) De acuerdo con los datos obteni- dos, señala qué factores favorecen la corrosión.
Nota: Es probable que necesites al- gunas horas para hacer buenas ob- servaciones. • 6 tubos de ensayo. • Vasos de precipitado. • Mechero. • Trípode. • Rejilla. • 6 clavos de hierro. • Lija. • Agua destilada. • Agua oxigenada. • Cloruro de sodio.
• Corchos o tapones de goma
para los tubos de ensayo.
• Observar • Experimentar • Registrar datos • Analizar • Comparar • Interpretar
abilidades y
destrezas
H
4. Corrosión
Las reacciones de corrosión son reacciones redox espontáneas que tienen una enorme importancia económica, debido a que los países deben destinar grandes recursos para reemplazar los materiales corroídos. La corrosión más importante se observa en el hierro.
ara tener
en cuenta
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Cuando dos metales de una reja son soldados con un material que contiene metales diferentes a los de la reja, se produce corrosión. Para evitar el deterioro de ella, es fundamental pintar periódicamente con pintura antióxido, que impide el contacto metal-oxígeno-agua.
La corrosión es un proceso natural de óxido-reducción por el cual se destruye la superficie de un metal. La corrosión se la asimila a una celda electroquímica. El hierro expuesto al aire húmedo se oxida a ion ferroso, Fe2+, en aquellos puntos en que presenta picaduras. Los electrones liberados en el ánodo reducen al oxígeno atmosférico a agua en el cátodo.
Reacción anódica: 2Fe(s) 2Fe2+ (ac) + 4e–
Reacción catódica: O2(g) + 4H+(ac) + 4 e– 2H 2O(l)
2 Fe(s) + O2(g) + 4H+(ac) 2Fe2+(ac) + 2H2O(l) Sin embargo, el proceso es aún más complejo. Los iones Fe2+ formados son oxidados por el oxígeno a Fe3+ en presencia de agua, transformándose en óxidos
férricos hidratados, que constituyen lo que se llama herrumbre, Fe2O3• xH2O, donde x es un número variable de moléculas de agua.
Actividad experimental:
Protección de un metal contra la corrosiónProcedimiento:
a) Sumerge cada sacapuntas en un vaso de agua que contiene una salmuera (una solución acuosa bien salada).
b) Al poco tiempo, observarás un des- prendimiento de burbujas sobre el sacapuntas metálico.
c) Después de algunos minutos, reti- ra los sacapuntas de la salmuera y
observa el metal y la hoja de acero. Anota los resultados.
d) Introduce de nuevo los sacapuntas en la salmuera y déjalos allí por al- gunos días. ¿Qué observas? ¿Qué diferencias observas en los aceros de ambos sacapuntas? Anota los resultados
• 2 sacapuntas (uno metálico y
otro de plástico). • 1 salmuera. • Observar • Experimentar • Registrar datos • Analizar • Comparar • Interpretar
abilidades y
destrezas
H
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En la red
Sobre corrosión: http://www.monografias.com/trabajos3/corrosion/corrosion.shtml2
ara tener
en cuenta
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Protección catódicaEl acero es una aleación de hierro con carbono y pequeñas cantida- des de otros metales, por lo que puede experimentar corrosión. Para evitarla se conecta a través de un alambre conductor, el acero con un metal más activo que el hierro, como cinc o magnesio. Así, el hierro se convierte en el cátodo y el metal más activo en ánodo, que es el que se deteriora en el proceso electro- químico. Por este motivo el ánodo se le denomina ánodo de sacrificio y al proceso total se le conoce como protección catódica.
O2 + 4H+ + 4e– 2H
2O Fe Fe2+ + 2e–
Cátodo Ánodo
Depósito del moho
Fe2O3 • xH2O)
Gota de agua Aire