la electrÓlisis del agua
TRANSCRIPT
LA ELECTRÓLISIS DEL AGUA
Introducción
La electrolisis es el proceso de descomposición de una sustancia por medio de la electricidad. La palabra electrólisis significa "destrucción por la electricidad".
La mayoría de los compuestos inorgánicos y algunos de los orgánicos se ionizan al fundirse o cuando se disuelven en agua u otros líquidos; es decir, sus moléculas se disocian en especies químicas cargadas positiva y negativamente que tienen la propiedad de conducir la corriente eléctrica. Si se coloca un par de electrodos en una disolución de un electrolito (compuesto ionizable) y se conecta una fuente de corriente continua entre ellos, los iones positivos de la disolución se mueven hacia el electrodo negativo y los iones negativos hacia el positivo. Al llegar a los electrodos, los iones pueden ganar o perder electrones y transformarse en átomos neutros o moléculas; la naturaleza de las reacciones del electrodo depende de la diferencia de potencial o voltaje aplicado.
La acción de una corriente sobre un electrolito puede entenderse con un ejemplo sencillo con la electrolisis del agua. Si el agua se disuelve en bicarbonato de sodio, se disocia en iones oxigeno positivos e iones hidrógeno negativos. Al aplicar una diferencia de potencial a los electrodos, los iones oxigeno se mueven hacia el electrodo negativo, se descargan, y se depositan en el electrodo como átomos de oxigeno. Los iones hidrogeno,
al descargarse en el electrodo positivo, se convierten en átomos de hidrógeno. Esta reacción de descomposición producida por una corriente eléctrica se llama electrólisis.
En todos los casos, la cantidad de material que se deposita en cada electrodo al pasar la corriente por un electrolito sigue la ley enunciada por el químico físico británico Michael Faraday. Esta ley afirma que la cantidad de material depositada en cada electrodo es proporcional a la intensidad de la corriente que atraviesa el electrolito, y que las masas de distintos elementos depositados por la misma cantidad de electricidad son directamente proporcionales a las masas equivalentes de los elementos, es decir, a sus masas atómicas divididas por sus valencias.
Todos los cambios químicos implican una reagrupación o reajuste de los electrones en las sustancias que reaccionan; por eso puede decirse que dichos cambios son de carácter eléctrico.
OBJETIVOS
1. Mostrar la descomposición del agua en sus elementos componentes.
2. Comprobar el efecto de la electricidad sobre el agua.
3. Comprender por qué sucede la electrolisis.4. Evidenciar que el oxígeno esta formado por un
átomo y el hidrógeno por dos.5. Enseñar que la electrólisis es una fuente de
energía.6. Contribuir al desarrollo de la ciencia.
Electrólisis del agua (Reacciones Químicas)
El agua esta compuesta por dos elementos químicos: hidrógeno y oxígeno. La separación de éstos mediante la utilización de la electricidad se llama electrólisis del agua. En la electrólisis del H2O(agua) se forman hidrógeno (H2) y oxígeno (O2) en estado gaseoso, según la siguiente reacción:
2 H2O -----> 2H2 + O2
Esta reacción no se produce espontáneamente. Para que tenga lugar es necesario aportar energía eléctrica mediante una pila galvánica o un generador de corriente continuo. Es por este motivo que la reacción se lleva a cabo en una celda electrolítica, que es un sistema electroquímico generador de sustancias, por la acción de un flujo de electrones suministrado por la fuente de voltaje externa. El hidrógeno obtenido por electrólisis del agua es muy puro pero también es muy caro debido al importante gasto eléctrico que comporta.
La electrolisis del agua puede considerarse como una fuente de energía secundaria producida a partir de la combustión de combustibles fósiles o biológicos por medio de ciclos térmicos, a partir de la energía solar por conversión foto-voltaica o a partir de la energía cinética utilizando la conversión mecánica.
La electrólisis del agua es un proceso muy común utilizado para pequeñas aplicaciones del hidrógeno. Sin embargo, si el hidrógeno va a ser usado para aplicaciones energéticas, la conversión eléctrica y la eficiencia del transporte, sumadas a la eficiencia de la conversión de la electrólisis del agua, hacen que se aproveche menos del 30% del contenido energético de la fuente de energía primaria.
Origen
La primera vez que se utilizo electricidad para separar un compuesto en sus partes componentes fue en 1800, cuando un científico ingles llamado William Nicholson hizo pasar una corriente eléctrica desde una Pila de Volta a través de unas gotas de agua. Quedó pasmado al ver que el agua desaparecía, formándose en su lugar burbujas de oxígeno e hidrógeno.
Realización del experimento
Nivel de dificultad: Alto.
Materiales:
Una pila de petaca de 4,5 voltios
Medio metro de cable eléctrico común Tijeras Dos pinzas metálicas de tipo cocodrilo Cerillas Bicarbonato sódico Dos tubos de ensayo de unos quince centímetros de largo y dos de diámetro aproximadamente Un vaso ancho de cristal, de cerámica o de plástico lleno de agua
Coste económicoEntre 60 y 80 lempiras.
Normas de seguridad:
Aunque la cantidad de hidrógeno y oxígeno liberados durante el experimento será demasiado reducida como para entrañar riesgos, conviene tener en cuenta que el hidrógeno es inflamable, y que el oxígeno alimenta la combustión, por lo que al contacto con una llama se puede producir un fogonazo.
Procedimiento
El bicarbonato sódico servirá para potenciar el proceso de separación del hidrógeno y el oxígeno. La eficiencia del proceso podría ser mayor aún si empleásemos determinadas sustancias en vez del bicarbonato, pero éstas resultan estar también entre las más peligrosas, como por ejemplo el ácido sulfúrico. Añadiremos pues un par de cucharaditas de bicarbonato sódico al agua del vaso y la removeremos hasta que el producto se disuelva en ella.
PASOS A SEGUIR:
1 - En un vaso de agua debemos introducir los dos tubos de ensayo, que han de estar boca abajo y completamente llenos de agua, de modo que no quede ninguna burbuja de aire en su interior. Para conseguirlo, podemos llenarlos boca arriba hasta que el agua se derrame y entonces tapar su boca fuertemente con un dedo mientras les damos la vuelta y los sumergimos en el vaso. También podemos sumergir el vaso y los tubos en un cubo de agua y una vez expulsadas todas las burbujas de aire, ubicar los tubos en el vaso del modo descrito y sacar fuera el conjunto. En cualquier caso, es importante que no queden burbujas de aire dentro de los tubos.
2 - Con unas tijeras cortamos dos trozos de cable y pelamos sus extremos. Atornillamos un cocodrilo a un extremo del
primer cable. Repetimos la operación con el otro cocodrilo y el segundo cable.
3 - Después introducimos el extremo libre de uno de los cables dentro de uno de los tubos de ensayo, aproximadamente a media altura. Disponemos de igual modo el segundo cable con el segundo tubo.
4 –Una vez tenemos cada cable insertado dentro de su correspondiente tubo, fijamos los extremos provistos de cocodrilos en las lengüetas de la pila. Tenemos así un cable
que enlaza el terminal positivo con un tubo, y otro que enlaza el negativo con el otro tubo.
RESULTADO
El cable positivo liberará oxígeno en su tubo, mientras que el negativo liberará hidrógeno en el suyo. Nos daremos cuenta al ver subir diminutas burbujas en cada tubo, especialmente el del hidrógeno. Llegará un momento en que será visible con toda claridad que el nivel del agua en el techo de cada tubo ya no llega hasta el límite, sino que ha descendido, desplazado por la presencia de gas que se ha acumulado allí.
El tiempo necesario para obtener resultados apreciables a simple vista puede variar en función de diversos parámetros, entre ellos el voltaje de la pila. Una hora suele ser un tiempo mínimo razonable de espera. Si queremos acelerar el proceso, podemos conectar varias pilas de petaca en serie, de modo que
el voltaje del conjunto sea la suma de los de todas las pilas enlazadas.
Cuando demos por terminado el experimento, podemos realizar una comprobación final. Tirando una cerilla encendida dentro del tubo del hidrógeno en el instante en que lo saquemos del agua y comencemos a ponerlo boca arriba, escucharemos un diminuto estampido.
Si hacemos lo mismo con el del oxígeno pero con una cerilla recién apagada, veremos como de repente resplandece. Para manejar cada tubo del mejor modo, conviene recordar que el hidrógeno es 14 veces más ligero que el aire, y que el oxígeno es un diez por ciento más pesado que el aire.
LO QUE HEMOS APRENDIDO
La corriente eléctrica es capaz de provocar transformaciones químicas.
En el experimento realizado, la electricidad ha descompuesto agua en hidrógeno y oxígeno. Este proceso de descomposición de una sustancia por medio de la electricidad, la electrólisis, es
Se produce un pequeño estallido en el tubo con hidrógeno
La cerilla recién apagada resplandece por acción del oxigeno
de gran utilidad para diversas actividades industriales.
El agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Por ello, si el experimento se ha realizado correctamente, en el tubo del hidrógeno se habrá acumulado el doble de gas que en el del oxígeno.
VENTAJAS
1. Su utilización en regiones aisladas, resulta a cómodo precio. 2. Produce hidrógeno muy puro.3. Los materiales utilizados son los más eficientes.4. Simplicidad en su preparación.
DESVENTAJAS
1. Es inflamable. 2. Gasto eléctrico de altas proporciones en comparación con el hidrógeno obtenido.3. Elevado consumo eléctrico.
Electrólisis del agua
Responsables:Esmeralda CuthbertAntonio ColinoJavier Jiménez
Centro: I.E.S. San Fernando
Fuente: II Feria Madrid por la Ciencia 2000
Materiales Voltámetro de Hoffman con electrodos de platino Fuente de alimentación Tubos de ensayo Pinzas de madera Palillo plano de madera Un mechero de mano
Agua y ácido sulfúrico
Procedimiento y explicación
El voltámetro de Hoffman permite realizar la electrólisis del agua de una forma muy cómoda recogiendo los gases hidrógeno y oxígeno en cada uno de los tubos, el doble de hidrógeno que de oxígeno. El agua debe contener una pequeña cantidad de ácido sulfúrico para mejorar su conductividad. En el tubo conectado en el electrodo del polo positivo se recoge oxígeno. Para comprobarlo podemos acercar el ascua de un palillo plano. Veremos como el oxígeno aviva la llama e incluso a veces se vuelve a encender. En el tubo conectado en el electrodo del polo negativo se recoge hidrógeno. Para comprobarlo proponemos hacer la reacción inversa a la electrólisis del agua: la
síntesis del agua. Se abre la llave del tubo que contiene el hidrogeno y se recoge con un tubo de ensayo invertido. Se acerca una chispa de un mechero de mano (energía de activación) y el hidrógeno reacciona con el oxigeno del aire produciendo un estallido peculiar:
2 H2 (g) + O2 (g) = 2 H2 O
La electrólisis del agua nos permite:
Comprobar que el agua es un compuesto de hidrógeno y oxígeno. Ver la relación en la que se encuentran estos gases: 2 volúmenes de hidrogeno por 1 de oxígeno.
¡Lafamosa H2O! Comprender la diferencia entre reacciones endotérmicas y exotérmicas.
Build a Hydrogen Powered Car
Will This Hydrogen Generator Work?
(Dennis Klein, Francisco Pacheco, Stanley Meyer, Daniel Dingel and others have all done it with their designs)
see the videos, and more, below
If you live in the So. Florida area and you have already built one, contact us. (our email address is at the bottom of this page). We would love to take pictures and tell your story. There is still a lot of dis-belief out there and it will help others here who are still trying to build theirs.
TV Channel 10, Miami, Florida, 5pm, July 12th 2008, www.local10.com The owner(?) of "Rosen's Garage"(?) was interviewed showing a vehicle with about 5 small bottles of water in front of the radiator which he said produced hydrogen and increased his gas milage from 9.x mpg to 13.x mpg. (I don't remember the decimal fraction. About a 44% increase!) Go to www.local10.com/contact/index.html and ask them about it. Maybe we can get something started on television news!
These plans were sent to the Spirit of Ma'at anonymously, from someone who does not want his or her name printed.
[Suggestion, just build the cannister and enough parts of the controller to generate the ultra sound frequency. Then, getting it to work, let everyone know and, build the rest of the controller]
It is possible to make a hybrid fuel source of both gas and water in addition to just running on water alone.
[There is a system that is being demo'ed now in Florida, by Dennis Klein in which he has run his car on water with and without a gasoline "supplement" -- His "water mileage" was about 25 miles per ounce without any gas supplement. He is now working with the military and the state of Tennessee]
The text, below, sent from the anonymous individual was edited slightly for better reading. The following is his/her words and drawings, which has been given into the public domain.
Spirit of Ma'at LLC
also see the Orion Project's work on the subject
Figure 3
Figure 4
Figure 5
Figure 6