Leyes de la electrólisis de Faraday: primera y segunda leyes (ecuaciones y definición)

Ultima edición el 21 septiembre, 2023

La electrólisis es un proceso electroquímico fundamental que se utiliza para separar los componentes de una sustancia mediante la aplicación de una corriente eléctrica. La comprensión de las leyes de la electrólisis de Faraday, establecidas por el físico y químico británico Michael Faraday en el siglo XIX, es esencial para comprender cómo funciona este proceso y cómo se pueden controlar sus variables.

La primera ley de Faraday establece que la cantidad de sustancia liberada durante la electrólisis es proporcional a la cantidad de electricidad que se ha pasado a través de la solución. Esta ley se expresa mediante la ecuación Q = It, donde Q es la cantidad de electricidad, I es la intensidad de corriente y t es el tiempo.

La segunda ley de Faraday establece que la cantidad de sustancia liberada durante la electrólisis es proporcional a la cantidad de electrones que se han transferido en la reacción química. Esta ley se expresa mediante la ecuación m = (It)/nF, donde m es la masa de la sustancia liberada, n es el número de electrones transferidos en la reacción, F es la constante de Faraday y t es el tiempo.

La primera ley establece que la cantidad de sustancia liberada es proporcional a la cantidad de electricidad, mientras que la segunda ley establece que la cantidad de sustancia liberada es proporcional a la cantidad de electrones transferidos.

Concepto de electrólisis de Faraday.

La electrólisis de Faraday es un proceso químico mediante el cual se descomponen compuestos en sus elementos básicos utilizando la electricidad. Este proceso fue descubierto por el químico británico Michael Faraday en el siglo XIX. El término «electrólisis» proviene del griego «electro» (que significa electricidad) y «lysis» (que significa descomposición).

La electrólisis de Faraday se lleva a cabo en un dispositivo llamado celda electrolítica. Esta celda consta de dos electrodos sumergidos en una solución de electrolito. El electrodo positivo se llama ánodo y el electrodo negativo se llama cátodo. Cuando se aplica una corriente eléctrica a la celda, los iones del electrolito se mueven hacia los electrodos y se descomponen en sus elementos básicos.

Primera ley de la electrólisis de Faraday.

La primera ley de la electrólisis de Faraday establece que la cantidad de sustancia que se descompone en los electrodos es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que circula por la celda. Esta ley se puede expresar matemáticamente como:

m = zFQ

Donde:

• m es la masa de la sustancia que se descompone.
• z es el número de electrones que se transfieren en la reacción química.
• F es la constante de Faraday (96.485 C/mol), que representa la cantidad de electricidad necesaria para transferir un mol de electrones.
• Q es la carga eléctrica que circula por la celda en coulombs.

Por ejemplo, si se descompone 1 mol de agua en una celda electrolítica y se transfieren 2 electrones en la reacción, la cantidad de electricidad necesaria para llevar a cabo la reacción sería:

Q = 2F

Por lo tanto, la cantidad de electricidad necesaria para descomponer 1 mol de agua sería:

Q = 2F = 2 x 96.485 C/mol = 192.97 C/mol

Si se quisiera descomponer 0.5 mol de agua, se necesitaría la mitad de la carga eléctrica:

Q = 0.5 x 2F = 96.485 C/mol

Segunda ley de la electrólisis de Faraday.

La segunda ley de la electrólisis de Faraday establece que la cantidad de sustancia que se descompone en los electrodos es proporcional a su peso equivalente. El peso equivalente es la masa de la sustancia que se descompone por mol de electrones que se transfieren en la reacción química. Esta ley se puede expresar matemáticamente como:

m1/m2 = E1/E2

Donde:

• m1 es la masa de la sustancia que se descompone en el electrodo positivo.
• m2 es la masa de la sustancia que se descompone en el electrodo negativo.
• E1 es el peso equivalente de la sustancia que se descompone en el electrodo positivo.
• E2 es el peso equivalente de la sustancia que se descompone en el electrodo negativo.

Por ejemplo, si se quisiera descomponer cloruro de sodio (NaCl) en una celda electrolítica, los pesos equivalentes serían:

E(Na) = 23 g/mol

E(Cl) = 35.5 g/mol

Por lo tanto, la relación entre las masas de sodio y cloro que se descomponen en la celda sería:

m(Na)/m(Cl) = E(Na)/E(Cl) = 23/35.5 = 0.6484

Esto significa que por cada 0.6484 g de sodio que se descomponen en el ánodo, se descompondrán 1 g de cloro en el cátodo.

Las leyes de la electrólisis de Faraday describen la relación entre la cantidad de electricidad que se utiliza en la celda electrolítica y la cantidad de sustancia que se descompone en los electrodos. Estas leyes son fundamentales para la comprensión de la electroquímica y tienen muchas aplicaciones en la

Primera ley de la electrólisis de Faraday.

La primera ley de la electrólisis de Faraday es una de las dos leyes fundamentales que rigen el proceso de electrólisis. Esta ley establece la relación entre la cantidad de electricidad que fluye a través de un circuito y la cantidad de sustancia química que se deposita o se libera en los electrodos.

Definición: La primera ley de la electrólisis de Faraday establece que la cantidad de sustancia que se deposita o se libera en los electrodos durante la electrólisis es proporcional a la cantidad de electricidad que fluye a través del circuito.

Esta ley es conocida también como ley de Faraday de la cantidad de carga, y se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

m = Q/Fz

Donde:

– m es la cantidad de sustancia depositada o liberada en los electrodos.
– Q es la cantidad de carga eléctrica que fluye a través del circuito.
– F es la constante de Faraday, que representa la cantidad de carga contenida en un mol de electrones (96.485 C/mol).
– z es el número de electrones necesarios para depositar o liberar un mol de la sustancia química en cuestión.

Ejemplo: Si se quiere depositar 1 gramo de plata en un electrodo utilizando una corriente eléctrica de 1 amperio durante 1 hora, se puede calcular la cantidad de carga eléctrica necesaria utilizando la ley de Ohm:

Q = I*t = 1 A * 3600 s = 3600 C

A partir de la ecuación de la primera ley de la electrólisis de Faraday, se puede calcular el número de moles de electrones necesarios para depositar 1 gramo de plata (Ag):

m = Q/Fz

m = 3600 C / (96.485 C/mol * 1) = 0.037 mol

Por lo tanto, se necesitarán 0.037 moles de electrones para depositar 1 gramo de plata en el electrodo.

Importancia: La primera ley de la electrólisis de Faraday es fundamental para entender cómo se producen las reacciones electroquímicas, ya que establece una relación cuantitativa entre la cantidad de electricidad que fluye a través del circuito y la cantidad de sustancia química que se deposita o se libera en los electrodos. Esta ley también es importante para el diseño y la optimización de procesos electroquímicos, como la producción de metales y la síntesis de compuestos químicos.

Ecuación de la primera ley de la electrólisis de Faraday.

La electrólisis es un proceso químico que se utiliza para separar los componentes de un compuesto mediante la aplicación de una corriente eléctrica. Este proceso se rige por las leyes de la electrólisis de Faraday, las cuales establecen las relaciones entre la cantidad de electricidad, el tiempo y los productos obtenidos.

Primera ley de la electrólisis de Faraday:

La primera ley de la electrólisis de Faraday establece que la cantidad de sustancia que se deposita o se libera en un electrodo durante la electrólisis es proporcional a la cantidad de electricidad que fluye a través de la celda electrolítica.

Esta ley se puede expresar matemáticamente mediante la siguiente ecuación:

m = zFQ

• m: masa de la sustancia depositada o liberada en el electrodo (en gramos).
• z: número de electrones necesarios para la reducción o la oxidación de la sustancia.
• F: constante de Faraday (96500 culombios/mol).
• Q: cantidad de electricidad que fluye a través de la celda (en culombios).

Por ejemplo, si se desea depositar 2 gramos de cobre sobre un electrodo, se necesitarán 2 electrones para la reducción del ion Cu2+ a Cu(s). La cantidad de electricidad necesaria se puede calcular mediante la siguiente ecuación:

Q = (m/z)F

• m: masa de la sustancia depositada o liberada en el electrodo (2 gramos).
• z: número de electrones necesarios para la reducción del ion Cu2+ a Cu(s) (2 electrones).
• F: constante de Faraday (96500 culombios/mol).

Por lo tanto, la cantidad de electricidad necesaria para depositar 2 gramos de cobre sobre un electrodo es:

Q = (2/2) x 96500 = 96500 culombios

Segunda ley de la electrólisis de Faraday.

La segunda ley de la electrólisis de Faraday establece que la cantidad de sustancia que se deposita en un electrodo durante la electrólisis es proporcional a la cantidad de electricidad que se ha pasado por la celda electroquímica. Esta ley se expresa matemáticamente mediante la siguiente ecuación:

m = Q / (nF)

Donde:
– m es la masa de la sustancia que se deposita en el electrodo.
– Q es la carga eléctrica que ha pasado por la celda electroquímica.
– n es el número de electrones que intervienen en la reacción electroquímica.
– F es la constante de Faraday, que representa la carga eléctrica de un mol de electrones.

Esta ecuación establece que la cantidad de sustancia depositada en un electrodo depende de la cantidad de electricidad que se ha pasado, así como del número de electrones que intervienen en la reacción y de la constante de Faraday. Por lo tanto, si se quiere depositar más sustancia en un electrodo, se debe pasar más electricidad por la celda electroquímica.

Algunos ejemplos prácticos de la aplicación de la segunda ley de la electrólisis de Faraday son la obtención de metales a partir de sus sales, la producción de hidrógeno y oxígeno mediante la electrólisis del agua, y la placao de metales sobre otros materiales.

Es importante destacar que la segunda ley de la electrólisis de Faraday solo se cumple en condiciones ideales, es decir, en ausencia de reacciones secundarias y en una temperatura y presión constantes. Además, esta ley solo se aplica a sistemas en los que los iones presentes tienen la misma carga y tamaño, y no se puede utilizar para predecir la velocidad de la reacción electroquímica.

Esta ley es fundamental para entender y controlar los procesos electroquímicos en la industria y en la vida cotidiana.

Ecuación de la segunda ley de la electrólisis de Faraday.

La electrólisis de Faraday es un proceso electroquímico que se utiliza para separar los elementos de una sustancia mediante la aplicación de una corriente eléctrica. Esta técnica se basa en las leyes de la electrólisis de Faraday, que establecen la relación entre la cantidad de electricidad que se utiliza en el proceso y la cantidad de sustancia que se produce o consume.

Primera ley de la electrólisis de Faraday

La primera ley de la electrólisis de Faraday establece que la cantidad de sustancia que se produce o consume en un proceso de electrólisis es proporcional a la cantidad de electricidad que se utiliza. Esta ley se expresa mediante la siguiente ecuación:

«La cantidad de sustancia producida o consumida es proporcional a la carga eléctrica que fluye a través del circuito.»

Esta ecuación se puede escribir de la siguiente manera:

m = Q/F

donde m es la cantidad de sustancia producida o consumida, Q es la carga eléctrica que fluye a través del circuito y F es la constante de Faraday, que representa la cantidad de carga eléctrica necesaria para producir una mol de sustancia.

Segunda ley de la electrólisis de Faraday

La segunda ley de la electrólisis de Faraday establece que las cantidades de sustancias producidas o consumidas en un proceso de electrólisis son proporcionales a sus equivalentes electroquímicos. El equivalente electroquímico es la cantidad de sustancia que se produce o consume por unidad de carga eléctrica que fluye a través del circuito.

Esta ley se expresa mediante la siguiente ecuación:

«Las cantidades de sustancias producidas o consumidas en un proceso de electrólisis son proporcionales a sus equivalentes electroquímicos.»

Esta ecuación se puede escribir de la siguiente manera:

m1/m2 = E1/E2

donde m1 y m2 son las cantidades de sustancias producidas o consumidas, E1 y E2 son los equivalentes electroquímicos de las sustancias.

La ecuación de la segunda ley de la electrólisis de Faraday se puede combinar con la ecuación de la primera ley para obtener la siguiente ecuación general:

m = (Q/F) x E

donde E es el equivalente electroquímico de la sustancia.

Esta ley se puede expresar mediante la ecuación m1/m2 = E1/E2 y se puede combinar con la primera ley para obtener la ecuación general m = (Q/F) x E.

Aplicaciones de la electrólisis de Faraday.

La electrólisis de Faraday es un proceso electroquímico que se utiliza para separar compuestos químicos a través de la aplicación de una corriente eléctrica. A continuación, se presentan algunas de las aplicaciones de la electrólisis de Faraday:

1. Producción de metales

Uno de los principales usos de la electrólisis de Faraday es en la producción de metales. Por ejemplo, el aluminio se produce a partir de la electrólisis de una solución de alúmina en criolita fundida. Durante la electrólisis, el aluminio se deposita en el cátodo y el oxígeno se libera en el ánodo.

2. Purificación de metales

La electrólisis de Faraday se utiliza también para purificar metales. Por ejemplo, el cobre impuro se puede purificar mediante electrólisis en una solución de sulfato de cobre. Durante la electrólisis, el cobre impuro se deposita en el cátodo y los iones de cobre en la solución se depositan en el ánodo.

3. Síntesis de compuestos químicos

La electrólisis de Faraday también se utiliza para la síntesis de compuestos químicos. Por ejemplo, se puede sintetizar cloro y sosa cáustica mediante la electrólisis de una solución de cloruro de sodio.

4. Análisis químico

La electrólisis de Faraday se utiliza en el análisis químico para determinar la cantidad de un compuesto presente en una muestra. Por ejemplo, se puede determinar la cantidad de cobre en una muestra mediante la electrólisis de una solución de sulfato de cobre y la medición de la cantidad de cobre depositado en el cátodo.

Leyes de la electrólisis de Faraday: primera y segunda leyes

La electrólisis de Faraday se rige por dos leyes fundamentales que se conocen como la primera y segunda ley de la electrólisis de Faraday.

Primera ley de la electrólisis de Faraday

La primera ley de la electrólisis de Faraday establece que la cantidad de sustancia producida en un proceso de electrólisis es proporcional a la cantidad de electricidad que fluye a través de la celda electroquímica. Esto se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

m = Q/Fz

donde:

• m es la cantidad de sustancia producida (en moles)
• Q es la cantidad de electricidad que fluye a través de la celda electroquímica (en culombios)
• F es la constante de Faraday (96 485,3 culombios por mol)
• z es la carga de la especie química que se produce o se consume en la reacción electroquímica

Segunda ley de la electrólisis de Faraday

La segunda ley de la electrólisis de Faraday establece que la cantidad de electricidad necesaria para producir una cantidad determinada de una sustancia es proporcional a su peso equivalente. Esto se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

Q = mE/z

donde:

• m es la cantidad de sustancia producida (en gramos)
• E es el peso equivalente de la sustancia (en gramos por culombio)
• z es la carga de la especie química que se produce o se consume en la reacción electroquímica

Estas leyes son fundamentales para entender la electrólisis de Faraday y se utilizan en la industria química para controlar y optimizar los procesos electroquímicos.

En conclusión, las leyes de la electrólisis de Faraday son fundamentales para entender cómo funciona la electroquímica en la vida cotidiana y en la industria. La primera ley establece la relación entre la cantidad de electricidad que se utiliza y la cantidad de sustancia que se deposita o se libera en una celda electroquímica. La segunda ley establece la relación entre la cantidad de electricidad que se utiliza y la masa de los productos que se forman en una reacción electroquímica. Ambas leyes son esenciales en la fabricación de productos químicos, la producción de energía y la electroplatación. Conocer estas leyes nos permite tener un mayor entendimiento de los procesos electroquímicos y su aplicación en la ciencia y la tecnología.

En conclusión, las leyes de la electrólisis de Faraday son fundamentales para entender cómo funciona la electroquímica en la vida cotidiana y en la industria. La primera ley establece la relación entre la cantidad de electricidad que se utiliza y la cantidad de sustancia que se deposita o se libera en una celda electroquímica. La segunda ley establece la relación entre la cantidad de electricidad que se utiliza y la masa de los productos que se forman en una reacción electroquímica. Ambas leyes son esenciales en la fabricación de productos químicos, la producción de energía y la electroplatación. Conocer estas leyes nos permite tener un mayor entendimiento de los procesos electroquímicos y su aplicación en la ciencia y la tecnología.

En conclusión, las leyes de la electrólisis de Faraday son fundamentales para entender el proceso de electrólisis y cómo se relaciona con la cantidad de sustancia que se deposita o se produce en los electrodos. La primera ley establece que la cantidad de sustancia depositada o producida en un electrodo es proporcional a la cantidad de carga eléctrica que fluye a través del circuito. Por su parte, la segunda ley indica que las cantidades de sustancia depositada o producida en los electrodos son proporcionales a sus masas atómicas o equivalentes.

En resumen, las leyes de la electrólisis de Faraday son dos ecuaciones que describen cómo los iones se mueven en una solución y cómo se depositan en los electrodos. Estas leyes son fundamentales para la electroquímica y tienen aplicaciones importantes en la producción industrial de metales y otros productos químicos. Sin ellas, no podríamos entender cómo funciona la electrólisis y cómo se pueden producir reacciones químicas a través de la electricidad.