Los iones de sodio y cloruro en realidad se separan en agua, convirtiendo el NaCl sólido en iones Na + y Cl- que pueden moverse libremente a través de la solución. Los electrones son una forma de portadores de carga y los más comunes, ya que tienen una carga negativa neta y son móviles dentro de los metales, pero los iones libres que se mueven en una solución también constituyen una corriente.
EDITE en respuesta al comentario: cuando coloca dos polos de metal en una solución (un ánodo negativo y un cátodo positivo) y enciende una batería, está haciendo una diferencia de voltaje entre las dos barras. Como sabrán por los circuitos, las diferencias de voltaje son las que impulsan las corrientes, pero cómo se hace esto es lo que separa los electrones que conducen la corriente a través de un cable y la solución de agua salada iónica. Separaré este proceso en pasos numerados, ya que estaba muy enredado cuando intentaba pensar en todos los mecanismos a la vez.
Paso 1. La batería se enciende y crea una diferencia de voltaje entre los electrodos. Nada está conduciendo en este punto y no fluye corriente.
Esta es una parte difícil a la que agradecería una respuesta si alguien con más conocimientos está leyendo esto, pero creo que esto es correcto.
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Los electrones se acumularán en el ánodo, dando a esa barra una carga neta negativa y a la otra barra una carga neta positiva.
Paso 2. Esta diferencia de voltaje (y la posible acumulación de exceso de carga) establece un campo eléctrico en la solución. Esto atrae los iones positivos de Na + al ánodo negativo, ya que el cátodo positivo atrae a los iones negativos. A continuación se muestra una imagen que encontré en un PDF titulado ‘Conducción eléctrica en soluciones’ que ilustra esto muy bien.
Aquí es donde la imagen se complica. La simple atracción de iones no es suficiente para mantener una corriente a través de una solución; Si no ocurriera nada más en la solución además del Na + que va al ánodo y Cl- al cátodo, una vez que todos los iones alcanzan sus respectivos electrodos, nada más en la solución se movería.
Así que hay algo sospechoso en la batería de agua salada ‘simple’. La química ingenua nos dice que esta es la reacción que ocurre cuando la sal se disuelve en agua:
NaCl (s) + H20 (l) → Na + (aq) + Cl- (aq) + H20 (l)
Una pista sobre lo que está sucediendo proviene del sector inesperado de la producción de cloro. La mayor parte del cloro utilizado en el mundo se produce mediante el siguiente proceso industrial de purificación de agua salada:
2 NaCl (s) + 2 H2O (l) → Cl2 (g) + H2 (g) + 2 NaOH (ac)
Es posible que haya notado esto usted mismo cuando se instala una batería de agua salada: se acumulan burbujas de gas en ambos electrodos y no se precipita nada.
Paso 3. Puede saber que la electrólisis es el proceso por el cual se utiliza una corriente para conducir una reacción química no espontánea. Las reacciones no espontáneas que impulsa la batería son las llamadas reacciones ‘redox’, donde las especies químicas pierden o ganan electrones.
En este caso, la acumulación negativa de electrones en el ánodo proporciona el exceso de electrones necesarios para descomponer H20 en OH- y H +:
Ánodo (reducción): 2 H2O (l) + 2e- → H2 (g) + 2 OH- (aq)
Estos iones de hidróxido se forman continuamente cerca del ánodo y el gas de hidrógeno burbujea, por lo que se tienen en cuenta dos de las tres especies de la ecuación de salmuera.
Paso 4a Alrededor del ánodo, ahora tenemos una concentración de iones negativos (OH-) por un electrodo negativo. Estos iones negativos están sujetos al campo eléctrico en la solución y son repelidos lejos del ánodo y atraídos hacia el cátodo, haciendo que OH- migre el cátodo.
En agua pura, esta sería la imagen completa. El agua recogería un electrón en el ánodo, se descompondría en hidróxido, que migraría al cátodo, recogería un electrón y volvería a H20 y los electrones serían transportados a través de la solución. Sin embargo, la razón por la que el agua pura por sí sola es pobre conductor es que la difusión de OH- a través del espacio del electrodo es muy lenta y conduce a una conducción débil. Es por eso que necesitamos agregar una fuente de iones, como NaCl, para obtener una buena conducción.
Paso 4b Cuando se agrega NaCl al agua, son los Cliones los que realmente alcanzan el cátodo y reaccionan para depositar sus electrones:
Cátodo (oxidación): 2 Cl- (aq) → Cl2 (g) + 2e-
Esto explica la especie final que nos faltaba y también completó el ciclo. H20 recoge electrones en el ánodo y los átomos de OH lo llevan al cátodo. Al mismo tiempo, los Cliones que se disociaron en el agua se mueven hacia el cátodo y depositan electrones para convertirse en un gas. Así, el movimiento neto de electrones desde el ánodo al cátodo se completa y puede fluir una corriente.
Espero que esto sea razonablemente limpio y claro después de mi edición. Además, soy un estudiante de física, no un estudiante de química, así que doy la bienvenida a cualquiera que señale errores o sutilezas faltantes en mi explicación.
