Electrólisis del agua
1800-05-02
- William Nicholson
- Anthony Carlisle
La electrólisis del agua consiste en su descomposición en sus elementos constituyentes, oxígeno (O₂) e hidrógeno (H₂), mediante el paso de una corriente eléctrica. En el cátodo, dos moléculas de agua se reducen para formar hidrógeno gaseoso e iones hidróxido. En el ánodo, dos moléculas de agua se oxidan para formar oxígeno gaseoso, protones y electrones.
La descomposición del agua pura en hidrógeno y oxígeno es un proceso termodinámicamente desfavorable, que requiere energía externa en forma de electricidad. El agua pura es mala conductora de la electricidad, por lo que se suele añadir un electrolito, como una pequeña cantidad de sal soluble o un ácido como el sulfúrico, para aumentar la conductividad. La ecuación general equilibrada para la reacción es [latex]2H_2O(l) \rightarrow 2H_2(g) + O_2(g)[/latex].
El proceso tiene lugar en una célula electrolítica. En el cátodo, cargado negativamente, se produce una reacción de reducción: [latex]2H_2O(l) + 2e^- \rightarrow H_2(g) + 2OH^-(aq)[/latex]. En el ánodo cargado positivamente se produce una reacción de oxidación: [latex]2H_2O(l) \rightarrow O_2(g) + 4H^+(aq) + 4e^-[/latex]. La producción de hidrógeno gaseoso en el cátodo es exactamente el doble del volumen de oxígeno gaseoso producido en el ánodo, una consecuencia directa de la estequiometría del agua. Esta relación de volumen 2:1 es una demostración clásica en las aulas de química, que a menudo se realiza utilizando un voltámetro de Hofmann.
El voltaje mínimo requerido para la electrólisis, conocido como potencial de descomposición, es de 1,23 V en condiciones estándar. Sin embargo, en la práctica, se necesita un voltaje mayor, llamado sobrepotencial, para superar diversas barreras de activación. La eficiencia de la electrólisis del agua es un factor clave para la viabilidad de una economía basada en el hidrógeno, y se están realizando importantes investigaciones para desarrollar catalizadores más eficaces y económicos para el ánodo y el cátodo, con el fin de reducir el sobrepotencial y el consumo de energía.
UNESCO Nomenclature: 2406
- Electroquímica
Precursores
- Descubrimiento del hidrógeno por Henry Cavendish
- Descubrimiento del oxígeno por Carl Wilhelm Scheele y Joseph Priestley
- invención de la pila voltaica por alessandro volta
Aplicaciones
- Producción de hidrógeno para pilas de combustible y vehículos
- Producción de oxígeno de alta pureza para uso médico e industrial
- sistemas de soporte vital en submarinos y naves espaciales
- sopletes de soldadura y corte (oxihidrógeno)
- producción de deuterio (agua pesada)
Ideas para posibles innovaciones
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Relacionado con: electrólisis del agua, producción de hidrógeno, producción de oxígeno, descomposición, cátodo, ánodo, voltámetro de Hofmann, hidrógeno verde.