La apasionante ciencia de la ley de Faraday sobre la electrólisis

La Ley de Faraday de la electrólisis es un principio que describe el comportamiento de los electrones y los iones en una solución electrolítica. Es fundamental para todo electroquímico, ya que desempeña un papel crucial en muchos procesos y aplicaciones industriales, como la producción de aluminio, el refinado de metales, la galvanoplastia, el tratamiento de aguas residuales, etc. En este artículo, exploraremos los principios de la Ley de Faraday de la electrólisis, los factores que la afectan y por qué es importante en las reacciones electroquímicas.

¿Qué es la ley de Faraday de la electrólisis?

La ley de Faraday de la electrólisis es un principio en electroquímica que establece que la cantidad de una sustancia que se disuelve o deposita durante un proceso electrolítico es proporcional a la carga eléctrica que pasa a través de la solución. Fue descubierta por primera vez por Michael Faraday a principios del siglo XIX y sigue siendo un concepto fundamental en el estudio de la electroquímica.

Se divide en 2 leyes interrelacionadas.

Primera ley de electrólisis de Faraday

La Primera Ley de Electrólisis de Faraday establece que la masa depositada o disuelta en una solución durante la electrólisis es directamente proporcional a la carga eléctrica que pasa a través del sistema. En otras palabras, cuanto mayor es la carga eléctrica, mayor es la cantidad de sustancia que se deposita o disuelve.

Se puede expresar como:

Ley de Faraday de la electrólisis

Dónde:

m es la masa depositada o disuelta,

Z es la constante de proporcionalidad, también denominada equivalente electroquímico

Segunda ley de electrólisis de Faraday

La Segunda Ley de Electrólisis de Faraday establece que si se hace pasar la misma cantidad de carga eléctrica a través de diferentes electrolitos, la masa depositada o disuelta durante la electrólisis es proporcional a su equivalente químico o peso equivalente.

¿Qué es un equivalente químico o peso equivalente?

Cada compuesto químico iónico tiene asociada una masa molecular y una valencia. Para entender mejor este concepto, veamos un par de ejemplos.

Para simplificar, utilizaremos dos ejemplos de deposición de metales: sodio y aluminio.

La reacción de deposición del sodio es la siguiente:

Reacción de electrodeposición de sodio

Como vemos, si combinamos 1 catión de sodio con un electrón obtenemos sodio metal.

Pero en el caso del aluminio la reacción funciona de forma diferente:

Reacción de electrodeposición del aluminio

A diferencia del sodio, el aluminio necesita 3 electrones para transformar un catión en metal. Es decir, ¡3 veces más electricidad!

Esto, junto con el hecho de que los cationes de sodio y aluminio tienen pesos atómicos diferentes, significa que, para poder estimar con precisión la masa depositada, debemos tener en cuenta ambos factores. Esto se hace calculando el equivalente químico o peso equivalente.

El peso equivalente se define como la relación entre la masa atómica de la especie química y su valencia.

Fórmula del peso equivalente

Dónde:

E es el peso equivalente en g/mol

M es la masa atómica en g/mol

y n es la valencia.

¿Cuál es el peso equivalente electroquímico?

Ahora sabemos qué es un peso equivalente y por qué es importante en las Leyes de Faraday de la electrólisis. Una derivación de este número es el llamado peso equivalente electroquímico, Z, que introdujimos al explicar la Primera Ley de Electrólisis de Faraday.

Mientras que el peso equivalente, E, expresa los gramos por mol para una reacción específica, el peso equivalente electroquímico expresa el mismo concepto en gramos por culombio. Esto se consigue dividiendo el peso equivalente por la constante de Faraday de la siguiente manera:

Fórmula del peso equivalente electroquímico

Dónde:

Z es el peso equivalente electroquímico en g/C,

E es el peso equivalente en g/mol,

F es la constante de Faraday 96485 C/mol,

M es la masa atómica en g/mol

y n es la valencia o número de electrones implicados en la reacción.

Ecuación de la ley de Faraday de la electrólisis

Si combinamos los conceptos de la Primera y la Segunda Ley, obtenemos una ecuación unificada para describir la masa depositada o disuelta durante un experimento de electrólisis:

Ley de Faraday de la electrólisis

Dónde:

m es la masa depositada o disuelta durante la electrólisis en g,

M es la masa atómica de la especie química depositada o disuelta en g/mol

Q es la carga eléctrica total pasada durante la electrólisis en C,

F es la constante de Faraday, 96485 C/mol,

y n es el número de electrones implicados en la reacción.

¿Por qué es importante la Ley de Faraday de la electrólisis en las reacciones electroquímicas?

Comprender la Ley de Faraday de la electrólisis proporciona a los electroquímicos un marco que explica el comportamiento de los electrones y las especies químicas en las reacciones electroquímicas. Con esta información, es posible controlar el resultado de las reacciones electroquímicas y optimizar muchos procesos industriales como la anodización y la galvanoplastia.

Un uso particular de la Ley de Faraday de la electrólisis es estimar la cantidad de energía necesaria para disolver o depositar una sustancia mediante electrólisis. Sin embargo, en el mundo real es probable que la cantidad real de energía utilizada sea mayor debido a las pérdidas. De este modo, las industrias pueden estimar cuánta electricidad deberían gastar en sus procesos e identificar las posibles fuentes de estas pérdidas de energía, lo que les permite optimizarlos y ser más eficientes desde el punto de vista energético.

Como hemos visto, la Ley de Faraday de la electrólisis es uno de los conceptos clave de la electroquímica. Su principio puede aplicarse a una amplia gama de industrias, desde la producción de productos químicos y metales hasta los dispositivos de almacenamiento de energía, como las baterías. Si desea saber más sobre electroquímica, consulte nuestro blogdonde publicamos regularmente electroquímica y sus aplicaciones.

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