Acerca de este experimento
Haz pasar una corriente eléctrica por el agua y se descompondrá en sus elementos. En un voltámetro de Hofmann, los gases se recogen en dos tubos graduados: hidrógeno sobre el electrodo negativo, oxígeno sobre el positivo, y siempre aproximadamente el doble de hidrógeno que de oxígeno. Aumenta el voltaje, cambia la disolución, añade indicador universal para observar cómo se forman ácido y álcali en los electrodos, y comprueba cada gas con una astilla incandescente.
Objetivos de aprendizaje
- Identifica los productos en el cátodo y el ánodo cuando se electroliza el agua
- Explica por qué el volumen de hidrógeno es el doble que el volumen de oxígeno
- Explica por qué hay que añadir un electrolito, como el sulfato de sodio, al agua pura
- Escribe las semirreacciones en cada electrodo
- Calcula los volúmenes de gas a partir de la corriente y el tiempo usando la constante de Faraday
Cómo usarlo
- 1Elige agua pura y enciende el aparato a 6 V. ¿Qué observas en la corriente? Luego elige una disolución de sulfato de sodio.
- 2Recoge gas durante unos minutos. Lee ambos tubos y compara los volúmenes.
- 3Comprueba el gas de cada tubo con una astilla encendida. ¿Qué gas produce un estallido y cuál vuelve a encender una astilla incandescente?
- 4Tras añadir indicador universal, describe el color cerca de cada electrodo. ¿Qué iones se forman en cada uno?
- 5Baja el voltaje paso a paso. Determina el voltaje por debajo del cual no se forma gas.
- 6Usa la carga transferida para calcular los moles de electrones y, después, el volumen de hidrógeno a 24 L por mol. Compáralo con el del tubo.
El modelo
Supuestos
- El gas solo se forma por encima de aproximadamente 1,8 V: 1,23 V es el voltaje mínimo que necesita la reacción, y los electrodos requieren un voltaje adicional (sobrepotencial) para que se formen burbujas.
- Por encima de ese voltaje, la corriente está determinada por la resistencia de la disolución, que depende del electrolito. El agua pura contiene muy pocos iones y apenas conduce.
- Cada electrón produce gas (100 % de eficiencia de corriente) y no se disuelve gas en el agua. Los volúmenes corresponden a 20 °C y 101,3 kPa.
- El sulfato de sodio, el ácido sulfúrico y el hidróxido de sodio solo conducen la corriente. Sus iones no se descargan, por lo que los productos siempre son hidrógeno y oxígeno.
- El tiempo transcurre más rápido. A 6 V, el tubo de hidrógeno se llena en unos diez minutos de tiempo real.
Pruébalo en clase
- Q1Una corriente de 0,5 A circula durante 10 minutos. ¿Qué volumen de hidrógeno y de oxígeno se recoge?
- Q2¿Por qué el indicador se vuelve morado cerca del cátodo y rojo cerca del ánodo?
- Q3En un voltámetro real, el volumen de oxígeno suele ser un poco menor que la mitad del volumen de hidrógeno. Sugiere una razón.
- Q4¿Por qué sería una mala elección usar una disolución de cloruro de sodio como electrolito en este experimento?
- Q5¿Cuánto tiempo se tardaría en recoger 1 litro de hidrógeno con una corriente de 2 A?
Preguntas frecuentes
¿Por qué se añade sulfato de sodio si no reacciona?
El agua pura contiene solo cantidades minúsculas de iones H⁺ y OH⁻, por lo que conduce muy mal la electricidad. El sulfato de sodio aporta muchos iones que conducen la corriente a través de la disolución, mientras que el agua sigue siendo la sustancia que se oxida y se reduce en los electrodos.
¿Por qué la proporción de volúmenes es 2 : 1?
Cada molécula de hidrógeno necesita 2 electrones y cada molécula de oxígeno libera 4. Por ambos electrodos circula el mismo número de electrones, así que se forman el doble de moléculas de hidrógeno. Un mismo número de moléculas de gas ocupa el mismo volumen (Avogadro), por lo que el volumen se duplica.
¿Qué ocurre con una disolución de cloruro de sodio?
Los iones cloruro se oxidan en el ánodo en lugar del agua, especialmente en una disolución concentrada, y producen cloro gaseoso tóxico. En el cátodo se sigue produciendo hidrógeno. Este es el proceso cloro-álcali que se utiliza en la industria, no una demostración segura para el aula.