Electrólisis del agua para niños
La electrólisis del agua es un proceso fascinante que nos permite separar el agua en sus dos componentes básicos: el hidrógeno y el oxígeno. Esto se logra usando electricidad. Imagina que el agua (H2O) es como un equipo formado por dos jugadores de hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O). La electrólisis es la forma de hacer que se separen y jueguen por su cuenta.
Contenido
¿Cómo se descubrió la electrólisis del agua?
La primera vez que se logró separar el agua con electricidad fue el 1 de mayo de 1800. Dos científicos británicos, William Nicholson y sir Anthony Carlisle, lo consiguieron. Esto ocurrió solo unas semanas después de que otro gran inventor, Alessandro Volta, creara la primera pila voltaica, que es como una batería antigua.
Mucho antes, en 1789, otros científicos ya habían intentado algo parecido usando una máquina electrostática y una botella de Leyden, pero no entendieron bien lo que estaba pasando. Nicholson y Carlisle fueron los primeros en interpretar correctamente la reacción.
¿Cómo funciona la electrólisis del agua?
Para hacer la electrólisis, necesitas una fuente de electricidad (como una batería) y dos piezas de metal llamadas electrodos. Estos electrodos se sumergen en el agua.
- El cátodo es el electrodo con carga negativa. Aquí se forma el gas hidrógeno (H2).
- El ánodo es el electrodo con carga positiva. Aquí se forma el gas oxígeno (O2).
El agua pura no conduce muy bien la electricidad. Por eso, para que el proceso funcione mejor y más rápido, se le suele añadir una pequeña cantidad de ácido sulfúrico o una base fuerte, como el hidróxido de sodio. Esto ayuda a que la electricidad fluya con más facilidad.
Las reacciones que ocurren son:
- En el cátodo (donde se atraen las cargas positivas): El hidrógeno del agua, que tiene carga positiva, toma electrones y se convierte en gas hidrógeno.
- En el ánodo (donde se atraen las cargas negativas): El agua libera oxígeno en forma de gas y electrones.
Al final, por cada dos moléculas de hidrógeno que se producen, se forma una molécula de oxígeno. Es decir, siempre obtendrás el doble de hidrógeno que de oxígeno.
¿Para qué se usa la electrólisis del agua?
La electrólisis del agua tiene varias aplicaciones importantes:
Producción de hidrógeno
Aproximadamente el 6% del hidrógeno que se produce en el mundo se obtiene mediante la electrólisis del agua. Gran parte de este hidrógeno se consigue como un producto secundario cuando se realiza la electrólisis de disoluciones de cloruro de sodio (sal común). Este hidrógeno se usa en la fabricación de productos químicos o en otras aplicaciones a pequeña escala.
En el espacio
La electrólisis del agua es muy útil en lugares como la Estación Espacial Internacional. Allí, se usa para generar el oxígeno que los astronautas necesitan para respirar. El hidrógeno que se produce también se puede usar en unas "células de combustible" para generar energía, y el agua que resulta de ese proceso puede ser bebida por los astronautas. ¡Es un ciclo muy eficiente!
Mantenimiento de piscinas
Otra aplicación interesante es en las piscinas. Algunos sistemas modernos usan la electrólisis para mantener el agua limpia, en lugar de usar productos químicos tradicionales. Esto se hace con "cloradores salinos", que transforman la sal del agua en cloro natural, desinfectando la piscina de una manera más suave.
¿Cómo se realiza la electrólisis?
Voltámetro de Hofmann
El voltámetro de Hofmann es un aparato que se usa mucho en laboratorios para hacer electrólisis del agua a pequeña escala. Tiene tres tubos de vidrio unidos. En los dos tubos laterales se colocan los electrodos de platino, conectados a una fuente de electricidad. Cuando la corriente pasa, el oxígeno se forma en un tubo y el hidrógeno en el otro. Como estos gases son más ligeros que el agua, suben y se acumulan en la parte superior de los tubos, donde se pueden recoger.
Producción a gran escala
En la industria, los equipos para electrólisis son parecidos al voltámetro de Hofmann, pero mucho más grandes y complejos. El hidrógeno que se produce de esta manera suele ser de muy alta pureza y se usa de inmediato, por ejemplo, en sopletes de oxígeno o en otras aplicaciones que requieren hidrógeno u oxígeno muy limpios.
Electrólisis a alta presión
Existe una técnica llamada electrólisis a alta presión. La diferencia es que el hidrógeno se produce ya comprimido a una presión muy alta. Esto es útil porque elimina la necesidad de usar un compresor externo para el hidrógeno, lo que ahorra energía.
¿Qué tan eficiente es la electrólisis?
La eficiencia de un sistema de electrólisis se mide por la cantidad de energía que consume para producir una cierta cantidad de hidrógeno. Cuanta menos energía use, más eficiente será.
En teoría, un electrolizador 100% eficiente necesitaría una cantidad específica de energía para separar el agua. En la práctica, los electrolizadores modernos son bastante eficientes, aunque siempre consumen un poco más de energía de lo que la teoría indica.
Existen dos tipos principales de electrolizadores: los alcalinos y los de membrana de intercambio de protones (PEM). Los alcalinos suelen ser más económicos de instalar, mientras que los PEM son más caros pero más eficientes y pueden producir hidrógeno más rápido. Los científicos siguen investigando para encontrar materiales más baratos y eficientes que ayuden a que la electrólisis sea aún mejor.
Véase también
En inglés: Electrolysis of water Facts for Kids
