PILA ELECTROLITICA

ELECTROLISIS DE UNA DISOLUCIÓN DE YODURO DE POTASIO.

PILA ELECTROLÍTICA

En esta práctica estudiaremos algunos aspectos prácticos de las reacciones de oxidación-reducción que no son espontáneas. Realizaremos los siguientes ensayos:

-          Electrolisis de una disolución acuosa de yoduro de potasio e identificación de los productos formados en el proceso redox.

-          Valoración ácido-base del producto de reacción liberado en el cátodo de la pila electrolítica.

-          Valoración redox del producto de reacción liberado en el ánodo de la pila electrolítica.

FUNDAMENTO DE LA PRÁCTICA

Los procesos redox que desde el punto de vista químico no ocurren espontáneamente, se pueden inducir aplicando una diferencia de potencial por medio de una fuente externa y dos conductores introducidos en la disolución. La celda así montada se denomina pila o cuba electrolítica y al proceso, consistente en aplicar una energía eléctrica para producir una reacción química no espontánea, Electrolisis.

En la electrolisis las reacciones ocurren sobre la superficie de los electrodos. En el ánodo (electrodo positivo) se produce la semirreacción de oxidación y en el cátodo (electrodo negativo) la semirreacción de reducción. Si en la disolución sometida a electrolisis coexisten diferentes especies  químicas (cationes, aniones y moléculas neutras), se reducirán y oxidarán en un orden que dependerá de su potencial de reducción y de la cinética de los procesos redox en los electrodos.

En la electrolisis del yoduro de potasio, KI, la disolución contiene iones yoduro, Iˉ, iones potasio, K⁺ y agua. Si se hace pasar una corriente eléctrica a través de la disolución de KI_(ac) tiene lugar la oxidación de los iones Iˉ en el ánodo y la reducción del agua en el cátodo.

s. oxidación (ÁNODO):                 2 I^⁻_(ac)     I_2(s)  +  2 e^⁻

s. reducción (CÁTODO):                              2 H₂O_(l)  + 2 eˉ    H_2(g)  +  2 OHˉ_(ac)

Reacción global:              2 I^⁻_(ac)  +  2 H₂O_(l)   I_2(s)  +  H_2(g)  +  2 OHˉ_(ac)

                La cantidad de producto formado en un electrodo, durante un proceso electrolítico, depende de la cantidad de carga que pasa a través de la celda electrolítica y de la estequiometría de la reacción. Por ejemplo, en la electrolisis del KI(ac) el paso de 2 moles de electrones (2 F, 2x96500 C) a través de la celda electrolítica, da lugar a 1 mol de I₂ en el ánodo y a 2 moles de iones OHˉ en el cátodo.

2 I^⁻_(ac)     I_2(s)  +  2 e^⁻              ;              2 H₂O_(l)  + 2 eˉ    H_2(g)  +  2 OHˉ_(ac)

                                                                                    1 mol    2 moles                                           2 moles                             2 moles

En general, para cualquier semirreacción, la cantidad de sustancia que se reduce o se oxida en una celda electrolítica es directamente proporcional al número de electrones que entran en la celda.

                La cantidad de carga que pasa a través de un circuito eléctrico se mide en Culombios. Esta cantidad se puede obtener multiplicando la intensidad de corriente por el tiempo transcurrido en segundos:

Carga (C) = Intensidad de corriente (A) x Tiempo (s)

Para determinar la cantidad de iones hidroxilo formados en el cátodo realizaremos una valoración ácido-base. De manera similar, para calcular la cantidad de yodo producido en el ánodo realizaremos una valoración redox.

                Una valoración es un proceso químico, en el cual una disolución de concentración conocida (llamada reactivo valorante) se añade cuidadosamente sobre otra disolución que contiene el reactivo de concentración desconocida (analito), hasta que reaccionan cantidades estequiométricas de ambas sustancias. En el proceso de valoración se determina el volumen del reactivo valorante, que reacciona completamente con un volumen conocido del analito.

En una valoración ácido-base se determina el contenido en ácido (o en base) de una disolución a partir de su reacción ácido-base con otra disolución de base (o de ácido) de concentración conocida. Las valoraciones ácido-base tienen su fundamento en el cambio brusco que experimenta el pH cuando la reacción de neutralización se ha completado. Para observar este punto, denominado punto de equivalencia, se utiliza un indicador, que se caracteriza por presentar distinto color según el pH del medio en el que se encuentra.

                En una valoración redox se determina la cantidad de un oxidante de una disolución mediante un proceso redox con otra disolución de reductor (o viceversa) de concentración conocida. En estas valoraciones, uno de los reactivos actúa, además, como indicador lo que permite observar el punto de equivalencia. Esto se debe a que las formas oxidada y reducida del reactivo presentan colores diferentes.

Oxidante₁  +  n eˉ   <---> Reductor₁

color a                                    color b

                Para llevar a cabo la valoración se procede de la siguiente forma: la disolución del analito se coloca en un matraz erlenmeyer junto con unas gotas del indicador para la valoración ácido-base y sin indicador para la valoración redox. La disolución del reactivo valorante se coloca en una bureta y, se añade gota a gota sobre la otra hasta el punto final de la valoración.

En la figura se muestra un esquema de una pila electrolítica constituida por dos semiceldas, anódica y catódica, que contienen una disolución de KI y están conectadas a una fuente de corriente continua. También se ha representado la forma de llevar a cabo las valoraciones para determinar la concentración de los productos formados en ambas semiceldas.