Qué es la electrólisis
La electrólisis usa la corriente eléctrica para provocar una reacción química que no ocurriría de forma espontánea. En el cátodo los iones positivos ganan electrones y se depositan como metal o se desprenden como gas; en el ánodo se produce una oxidación. Es la base de la obtención de aluminio, del cloro y la sosa, del refinado del cobre, de los recubrimientos metálicos y del hidrógeno verde.
Las leyes de Faraday
Michael Faraday estableció en 1833 que la cantidad de sustancia transformada es proporcional a la carga que circula:
Q = I × t
Moles de electrones = Q ÷ F, con F = 96.485 C/mol, la constante de Faraday.
Masa = Q × M ÷ (n × F)
donde M es la masa molar y n el número de electrones que necesita cada ion.
Ejemplo resuelto
Se deposita cobre a partir de una disolución de sulfato de cobre (Cu²⁺, n = 2) con 2 A durante 30 minutos:
- Q = 2 × 1800 = 3600 C (1 Ah).
- Electrones: 3600 ÷ 96.485 = 0,0373 mol.
- Cobre: 0,0373 ÷ 2 = 0,0187 mol.
- Masa: 0,0187 × 63,55 = 1,19 g.
Para depositar 5 g de cobre con la misma corriente harían falta unos 126 minutos.
Rendimiento faradaico
No toda la corriente se aprovecha. Reacciones secundarias, como la formación de hidrógeno en el cátodo, consumen parte de los electrones. El rendimiento faradaico es el porcentaje útil:
| Proceso | Rendimiento orientativo |
|---|---|
| Refinado electrolítico de cobre | 90 a 98 % |
| Niquelado | 90 a 95 % |
| Cincado ácido | 90 a 95 % |
| Cromado duro | 10 a 25 % |
Aplicaciones industriales
- Aluminio: se obtiene por electrólisis de alúmina fundida (proceso Hall-Héroult), con un gran consumo eléctrico, unos 13 a 15 kWh por kilo.
- Cloro y sosa: electrólisis de salmuera.
- Galvanoplastia: cincado de tornillería, niquelado, cromado, dorado y plateado de joyería.
- Hidrógeno verde: electrolizadores alimentados con energía renovable; España tiene varios proyectos en marcha en polos industriales.
- Anodizado del aluminio: forma una capa de óxido protectora y decorativa.
Consejos prácticos
- Controla la densidad de corriente (A/dm²): demasiada corriente da depósitos porosos o quemados.
- Limpia y desengrasa bien la pieza antes de recubrirla.
- Para un espesor determinado, calcula la masa a partir del área y la densidad del metal: el cobre tiene 8,96 g/cm³.
- La carga en amperios hora permite dimensionar la fuente de alimentación o comparar con baterías.