Descomposición del Agua
Objetivo:
Descomposición del agua por medio electrolisis del agua.
Antecedentes:
Para comenzar, tenemos que saber que es la electrólisis:
La electrólisis es un conjunto de fenómenos físicos y químicos que ocurre cuando pasa la corriente eléctrica a través de un electrolito.
Se efectúa diluyendo en el agua, una gota de ácido sulfúrico o hidrógeno de sodio, descomponiéndose al paso de la corriente eléctrica depositándose oxígeno en el ánodo e hidrógeno en el cátodo.
Electrólisis: A diferencia de las reacciones redox espontáneas, que convierten la enegía química en energía eléctrica, en la electrólisis se utiliza la energía eléctrica para inducir una reacción que no es espontánea. Este proceso se lleva a cabo en un dispositivo que se conoce como celda electrolítica. La electrólisis se basa en los mismos principios en que se fundamentan los procesos que realizan las celdas electroquímicas.
El proceso de electrólisis ocurre cuando los electrones se transfieren entre el conductor electrónico -los electrodos del metal- y los iones o átomos de la superficie del electrodo.
Electrólisis del agua: El agua contenida en un vaso en condiciones atmosféricas ( 1atm y 25º C) no se descompone de manera espontánea en hidrógeno y oxígeno gaseosos porque el cambio de energía libre estándar de la reacción e una cantidad positiva grande, sin embargo, esta reacción se puede inducir en una celda. Esta celda electrolítica está formada por un par de electrodos de un metal inerte. Cuando los electrodos se conectan a la batería, no sucede nada porque en el agua pura no hay suficientes iones para que lleven una buena cantidad de corriente eléctrica,(a 25º C, en el agua pura sólo hay 1x10 -7 moles/L de iones H+ y 1x10-7 moles/L de iones OH-).
Por otro lado la reacción se llevará a cabo rápidamente en una disolución de iones para conducir la electricidad. De inmediato empiezan a aparecer burbujas de gas en los dos electrodos. El proceso que tiene lugar en el anódo es:
2H2O(l) --> O2 (g)+ 4H(ac)+4e-
mientras que en el cátodo se tiene:
H+(ac)+e --> 1/2 H2(g)
El agua que se obtiene como producto de la combustión del hidrógeno y del oxígeno es sumamente estable, porque para descomponerla es necesario restituirle la energía que desprendió al formarse.
Hipótesis:
Los productos de los reactivos van a hacer de la relación de 2:1 - 2 volúmenes de hidrógeno a 1 volumen de oxígeno-.
Materiales:
- Circuito eléctrico (este estará conformado por pilasen serie de un mínimo de 9 volts)
- Cinta de aislar
- Probeta de 10 ml.
- Bandeja con agua
- 2 Pedazos de grafito del mismo tamaño (por lo menos de 3 cm)
- 2 tubos de ensayo
- 2 “tramos” de cable de 50 cm cada uno.
Procedimiento:
1.- Llena de agua el vaso de precipitado de 300 ml.
2.- Agrega el cloruro de sodio y disuelve.
3.- LLena con la solución obtenida los dos tubos de ensayo y colocalos de manera vertical en la bandeja (cuidando que no entre nada de aire dentro del tubo de ensayo)
4.- La solución restante vaciala en la bandeja.
5.- Con una cinta de aislar adhiere los dos pedazos de gráfito ( quienes serán los electrodos) con el circuito eléctrico y colocalos dentro de los dos tubos de ensayo.
6.- Después de unos minutos comenzarás a observar en los electrodos burbujas pues ahí es donde se formará la reacción el ánodo (el positivo) recogerá el oxígeno y el cátodo (el negativo) recogerá el hidrógeno.
7.- La solución contenida en los dos tubos de ensayo compenzará a disminuir.
8.- Cuando empiezes a observar que la propoción entre el hidrógeno y el oxígeno es de 2:1 marca la relación entre ambos y saca de manera vertical el tubo de ensayo en donde contienes el hidrógeno (a manera que el resto de la solución se quede en la bandeja).
9.- Inclina el tubo de ensayo y coloca un cerillo en la boquilla del tubo ( es decir transmite energía calorifíca) escucharás un pequeño sonido sordo provocado por el hidrógeno.
10.- Realiza lo mismo con el oxígeno y mide con la probeta la cantidad de volumen de cada marca.
11.- Así finalmente dimos concluido el procedimiento de esta práctica en dónde separamos el oxígeno del hidrógeno.
Análisis: Una vez concluida la práctica logramos reafirmar que la reacción del agua es 2:1. Ya que durante la práctica, en el cátodo (en el cual había hidrogeno) se formó el doble de gas que en el ánodo (en este había oxígeno), y para comprobar que en el cátodo se encontraba el hidrogeno, empleamos energía calorífica (con un encendedor), pues el hidrogeno es flamable, y si ocurría una reacción con la energía calorífica (que así fue) confirmábamos que el hidrogeno era ese. Mientras que al emplear la misma energía en el ánodo (donde se encontraba el oxígeno) no ocurrió nada pues el oxígeno no es flamable.
Estas fueron nuestras marcas, tanto en la primera y en la segunda ocasión que realizamos la practica:
- En el cátodo (donde estaba el Hidrogeno): En el primer experimento 6 ml. Y en el segundo: 5ml.
- En el ánodo (donde se encontraba el oxígeno): en el primer experimento 3ml. Y en el segundo: 2.6ml.
Conclusión:
Al realizar la práctica exitosamente, se comprobó que la reacción del agua es 2:1 pues así ocurrió en las 2 ocasiones que llevamos a cabo la práctica, pues resultó ser que el hidrogeno era el doble en proporción que el oxígeno.
Modelo molecular del H2 o dihidrogeno, el cual esta formado por 2 moleculas del mismo elemento, en este caso de Hidrogeno.
