Durante la electrólisis, los electrones del cátodo se unen a iones H+.
No fluyen en el agua como electrones libres.
Ahora que entendemos la "P" de "ORP", también debemos analizar la "O", que se refiere a "oxidación" y la "R", que se refiere a "reducción". Las reacciones de oxidación y reducción son reacciones químicas en las que se transfieren electrones entre dos especies diferentes (iones, átomos o moléculas), donde una especie gana electrones (deficiencia de electrones) y otra dona electrones (exceso de electrones). Los químicos llaman a estas reacciones reacciones "redox".
Las reacciones de oxidación y reducción siempre ocurren juntas; cuando una especie pierde electrones, otra debe ganarlos. La especie que pierde electrones se oxida y la especie que gana electrones se reduce. Una forma sencilla de recordar la oxidación (pérdida de electrones) y la reducción (ganancia de electrones) en relación con los electrones es el mnemotécnico "OIL-RIG" (inglés: "Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain", traducido: "La oxidación es pérdida, la reducción es Ganancia").
Dado que las configuraciones electrónicas determinan las propiedades químicas de una sustancia, la transferencia de electrones conduce a un cambio en las configuraciones electrónicas de quienes participan en la reacción. Esto crea productos que tienen propiedades químicas diferentes a las de la sustancia original.
Las reacciones que producen gas H2 y O2 durante la electrólisis del agua son ejemplos de reacciones de oxidación y reducción que ocurren simultáneamente en el ánodo y el cátodo sumergidos en el agua. Durante la electrólisis, el cátodo suministra electrones que reducen los iones de hidrógeno2 a moléculas de hidrógeno. La ecuación 1 describe la generación de gas H2 en el cátodo negativo.
Los reactivos, los iones de hidrógeno (H+) y los electrones (e-, que son suministrados por el cátodo), están en el lado izquierdo de la ecuación.
A la derecha sólo hay un producto, el gas hidrógeno molecular (H2).
Dos iones de hidrógeno (2H+) se reducen porque aceptan electrones (2e-) del cátodo y forman dos átomos de hidrógeno (2H+), que luego se "emparejan" para formar una molécula de hidrógeno (H2).
La Figura 3 muestra una representación gráfica de la reacción de reducción de esta ecuación:
Tenga en cuenta que antes de la reacción, los dos iones H+ están sin electrones (solo protones). El producto final es la molécula de H2, que comparte dos electrones. Debido a que los electrones son partículas cargadas, esta diferencia de electrones da como resultado un potencial energético entre las dos especies.
Cuando se disuelven en agua, estas dos partes representan el potencial de trabajo del agua y, al igual que la batería en la Figura 2, crean un potencial de voltaje (ORP) correspondiente en la superficie del electrodo de platino del medidor. Cualquier cambio en la concentración 3 de cualquier tipo conduce a un cambio en el potencial de voltaje generado en el electrodo ORP.
Antes de dejar el tema de la oxidación y reducción recordemos lo mencionado de que toda reacción de reducción debe ir acompañada de una reacción de oxidación simultánea. La ecuación 2 muestra la reacción de oxidación que la acompaña durante la electrólisis en el ánodo positivo, donde los iones de hidróxido (OH-) se oxidan para producir oxígeno gaseoso (O2), agua (H2O) y electrones.
Estos electrones regresan al ánodo, que está conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación.
Dado que las aguas producidas en el ánodo y el cátodo normalmente están aisladas entre sí con una membrana para que no puedan mezclarse, se mide un ORP positivo en el agua del tubo secundario (tubo inferior de agua ácida).
La razón de esto es que en lugar del par redox H+/H2, esta agua contiene otro par redox (normalmente una especie de oxígeno) que tiene un potencial de reducción positivo.
Otros tipos de dispositivos, como los generadores de gas marrón, que no utilizan membrana, producen agua que contiene tanto oxígeno disuelto como gas hidrógeno. Por lo tanto, esta agua contiene pares redox tanto oxidantes como reductores a un pH cercano al neutro. Dado que nuestra discusión sobre el ORP se centra en la reacción en el cátodo que produce gas hidrógeno, no dedicaremos tiempo a examinar en detalle la reacción del ánodo.
Extracto del libro de Randy Sharpe: "La relación entre H2 disuelto, pH y potencial redox"
