El grafito, una forma amorfa natural del carbono, está dotado de muchas propiedades únicas que lo hacen adecuado para su uso en diversos procesos electroquímicos. Gracias a su elevada conductividad eléctrica, estabilidad térmica, inercia química, longevidad y pureza, el grafito encuentra muchos usos como electrodo a nivel comercial.
La electrólisis, un proceso de extracción de elementos puros mediante corriente eléctrica continua, es otro proceso electroquímico que puede realizarse eficazmente utilizando grafito.
La electrólisis en términos científicos
Durante la electrólisis, se colocan dos electrodos en una solución electrolítica (una solución que facilita el paso de la corriente). En presencia de una fuente de corriente externa, se realiza la electrólisis. Esta configuración funciona como una pila.
Grafito: un material de electrodo habitual
Por lo general, para fabricar electrodos se utiliza un material conductor, como metales como el oro, la plata, el platino, el cobre y el latón. Sin embargo, como estos metales son caros, utilizarlos a nivel comercial no es viable.
En cambio, el grafito posee todas las cualidades de un buen electrodo y es fácil de conseguir, por lo que resulta adecuado para la electrólisis.
Composición química y presencia del grafito
El grafito es una forma de carbono que se produce de forma natural y tiene una estructura cristalina. En condiciones normales, el grafito permanece estable y poco reactivo. En industrias como fundicionesEl grafito se utiliza a gran escala en la industria química, de baterías de iones de litio, etc. Su bajo coste, su disponibilidad y su inercia térmica y química lo hacen útil para muchas aplicaciones industriales. Su bajo coste, disponibilidad e inercia térmica y química lo hacen útil en muchas aplicaciones industriales.
Propiedades físicas
El grafito tiene un aspecto opaco y brillante. Es muy suave y resbaladizo al tacto. Además, no es soluble en agua ni en disolventes orgánicos. No es inflamable y se rompe perfectamente en forma de láminas flexibles.
Por qué el grafito es adecuado para la electrólisis
Estas son las propiedades químicas y físicas del grafito que lo hacen adecuado para la electrólisis:
- Conductividad eléctrica: la estructura interna única del grafito lo convierte en un buen conductor eléctrico. Así, la electrólisis puede llevarse a cabo de forma eficiente.
- Inercia química- Ser químicamente inerte indica que el grafito no reacciona con la mayoría de los medios orgánicos e inorgánicos, por lo que las probabilidades de contaminación son insignificantes.
- Alto punto de fusión: el punto de fusión de 3.600 grados Celsius hace que el grafito sea aplicable en diversas aplicaciones de alta temperatura.
- Bajo coste y disponibilidad: el grafito suele encontrarse en depósitos en diversos lugares en forma de rocas metamórficas como mármol, esquisto y gneis. Su abundante disponibilidad lo hace barato y muy demandado.
El grafito como electrodo en electrólisis
Papel en la conducción de la electricidad
Debido a la estructura hexagonal del grafito, permite el libre flujo de electricidad. Además, los electrones libres de la estructura se mueven transportando carga.
Interacción con electrolitos e iones
El rendimiento del grafito como electrodo varía en función del tipo de electrolito utilizado y de los iones implicados. Por lo general, los iones de litio, sodio y potasio funcionan bien con el grafito como electrodo. Por lo tanto, si se utiliza con el electrolito adecuado, se pueden obtener mejores resultados.
Ventajas del grafito utilizado como electrodo
Durabilidad y longevidad
La robusta estructura del grafito le permite mantener su rendimiento durante periodos prolongados, lo que reduce la frecuencia de sustitución, minimiza el tiempo de inactividad y disminuye los costes operativos generales.
Versatilidad
Los electrodos de grafito se utilizan ampliamente en múltiples industrias, desde la fabricación de fósforo, carburo de calcio y metales de silicio hasta las industrias de producción de acero.
Resistencia a la corrosión
La resistencia natural del grafito a la corrosión lo hace adecuado para su uso en entornos en los que los electrodos están expuestos a productos químicos o electrolitos agresivos. Así, puede rendir mejor en entornos altamente reactivos como las industrias químicas.
Capacidad para soportar altas temperaturas
El grafito puede soportar temperaturas de hasta 3000°C (5432°F) sin fundirse y tiene una buena resistencia al choque térmico. Así pues, los electrodos de grafito pueden soportar temperaturas elevadas y rápidamente cambiantes sin agrietarse ni perder integridad estructural en aplicaciones industriales.
Relación coste-eficacia
Aunque el coste inicial puede ser más elevado, la rentabilidad global de los electrodos de grafito, combinada con su eficiencia, los convierte en una opción económicamente viable para uso comercial.
Aplicaciones específicas de los electrodos de grafito en electrólisis
Electrodos de grafito desempeñan un papel crucial en diversos procesos de electrólisis debido a sus propiedades únicas. Algunas de sus aplicaciones específicas son:
1. Producción de cloro-álcali
En la industria cloroalcalina, los electrodos de grafito se utilizan como ánodo en la electrólisis de una solución de cloruro sódico para producir cloro, hidróxido sódico e hidrógeno.
2. Producción de aluminio
El grafito forma tanto el cátodo como el ánodo en el proceso Hall-Héroult utilizado para la producción de aluminio.
3. Electroobtención de zinc
En la industria del zinc, los electrodos de grafito se utilizan en el proceso de electroobtención para extraer zinc de soluciones de sulfato de zinc.
4. Refinado de cobre
Los electrodos de grafito se utilizan para producir cobre de gran pureza a partir de ánodos de cobre de menor pureza en el proceso de refinado electrolítico.
5. 5. Tratamiento del agua
En los procesos electroquímicos de tratamiento del agua, los electrodos de grafito se utilizan para la generación de oxidantes para la desinfección.
Limitaciones y consideraciones sobre el uso del grafito como electrodo
A pesar de sus numerosas ventajas, existen ciertas limitaciones y consideraciones a la hora de utilizar grafito como electrodo. Por ejemplo, el grafito puede oxidarse a altas temperaturas, normalmente por encima de 400°C (752°F) en el aire. Esto puede alterar el proceso químico. Por lo tanto, es necesario controlar la temperatura. Además, en condiciones de gran tensión mecánica o abrasión, los electrodos de grafito pueden desgastarse más rápidamente que las alternativas metálicas.
Además, la estructura porosa del grafito puede dar lugar a una permeabilidad a los gases que provoque la penetración de electrolitos. Esto puede afectar a la vida útil general. En aplicaciones que requieren una pureza ultraelevada, el grafito puede introducir partículas de carbono. El grafito tiene un coeficiente de expansión térmica relativamente alto, lo que significa que puede dilatarse con el aumento de temperatura. Esto puede causar problemas en aplicaciones con grandes fluctuaciones de temperatura. Estos sistemas deben diseñarse teniendo en cuenta la dilatación térmica.
Teniendo en cuenta estas limitaciones, se puede diseñar un sistema de electrólisis óptimo con grafito o con alternativas más adecuadas.
Alternativas a los electrodos de grafito
Aunque el uso de electrodos de grafito está muy extendido, se puede considerar la utilización de otros materiales alternativos en función de sus requisitos específicos. Los electrodos metálicos como el platino tienen una excelente estabilidad química, mientras que el oro es altamente conductor. Los electrodos de óxido metálico, por su gran estabilidad, larga vida útil y propiedades catalíticas, son otra opción para aplicaciones como la producción de cloro y el tratamiento de aguas.
Conclusión
El grafito es un excelente electrodo para la electrólisis debido a sus propiedades químicas y físicas. Al ser fácil de conseguir y barato, se considera una gran opción para aplicaciones comerciales relacionadas con la electrólisis. Sin embargo, debido a ciertas limitaciones, es importante considerar sus alternativas para su uso en determinadas aplicaciones.
ES 
EN 
RU 
TR 
FR 
DE 
KO 
UK 
JA 
PT 
CEB 
AZ 
BN 
VI 
ES_ES 
ID 
IT 
ES_AR 
HI 
AR