Eletrólise: Processo e Tipos

Prévia do material em texto

+
-+
-
+
-
ELETRÓLISE
Descrevendo o
processo e seus
tipos
Aplicando na
realidadeDefinindo o
conceito
PONTOS
TRABLHADOS
A eletrólise, diferente da pilha, é um fenômeno não-espontâneo, pois
depende da passagem de uma corrente elétrica (i) contínua para ocorrer.
Além disso, é necessário que se tenha íons livres em solução e voltagem
suficiente.
A eletrólise ocorre em uma célula eletrolítica (ou cuba) e a corrente i é
oriunda de um gerador. Nesse fenômeno, a energia elétrica é convertida em
energia química, o que explica a não-espontaneidade do processo.
O QUE É
ELETRÓLISE?
+
Na eletrólise, os íons positivos migrarão
para o polo negativo, onde irá ocorrer a
redução, enquanto os íons negativos
migrarão para o polo positivo, onde irá
ocorrer a oxidação.
COMO
OCORRE?
-
+
- +
-
+
-
+
-
+
-O cátodo, na eletrólise,
admite sinal negativo e nele
ocorre a redução.
O CÁTODO
+
-
+
-
+ - O ânodo, na eletrólise, admite
sinal positivo e nele ocorre a
oxidação.
O ÂNODO
Na eletrólise ígnea o material a ser eletrolisado encontra-se fundido.
Na eletrólise ígnea, os íons apresentam liberdade de movimento pois a
substância a ser eletrolisada está líquida, ou seja, fundida. Na célula eletrolítica,
adicionam-se dois eletrodos, que podem ser inertes ou ativos, conectados por
uma fonte de corrente contínua. 
O polo negativo (cátodo) é responsável por atrair os cátions, que serão
reduzidos; e o polo positivo (ânodo) irá atrair os ânions, que serão oxidados.
Observação: Na eletrólise são produzidos elementos em seus estados
fundamentais (Na0(s)) ou na forma molecular (Cl2(g)). Observe que em ambos o
número de oxidação (Nox) é igual a 0.
TIPOS DE ELETRÓLISE
Eletrólise ígnea
-2+
-
2+
-
-
Íons de cálcio com carga positiva (2+)
movem-se para o eletrodo negativo, onde
ganham elétrons e formam átomos de
cálcio. Íons de cloreto com carga negativa
(1-) movem-se para o eletrodo positivo,
onde perdem elétrons, tornam-se átomos
e se unem para formar moléculas de cloro
EXEMPLO:
CLORETO DE CÁLCIO
CÁLCIO
FORMADO
CHLORINEFORMED
Note que na reação anterior
Os íons positivos, Na+, irão migrar para o polo negativo (cátodo) onde
sofrerão redução:
Na+(l) + 1 e– → Na0(s)
Formação de sódio metálico
Os íons negativos, Cl-, irão migrar para o polo positivo (ânodo) onde
sofrerão oxidação:
2 Cl–(l) → Cl2(g) + 2 e-
Formação de gás cloro
Somando as três reações, chega-se a reação global de eletrolise ígnea
do cloreto de sódio. Repare que foi necessário multiplicar a primeira e a
segunda semi-reações por dois. Isso ocorre pois não pode haver
diferença na quantidade de elétrons que saem do anodo em direção
ao cátodo.
A partir da equação global da eletrólise do cloreto de sódio, nota-se
que foram formados sódio metálico no cátodo, e gás cloro no ânodo.
TIPOS DE ELETRÓLISE
Eletrólise ígnea
Exercício 
1) O íon magnésio está presente na água do mar em quantidade
apreciável. O íon Mg²⁺ é precipitado na
água do mar como hidróxido, que é convertido a cloreto por tratamento
com ácido clorídrico. Após a evaporação da água o cloreto de
magnésio é fundido e submetido à eletrólise.
a) Escrever as equações de todas as reações que ocorrem
b) Quais os produtos da eletrólise e seus estados físicos?
TIPOS DE ELETRÓLISE
Eletrólise ígnea
Resolução 
a) Mg(OH)² + 2HCl → MgCl² + 2 H²O
Eletrólise do cloreto de magnésio:
MgCl²⁽ˢ⁾ → Mg²⁺ ⁽ˡ⁾ + Cl-⁽ˡ⁾
Cátodo (-) : Mg²⁺ ⁽ˡ⁾ + 2 e- → Mg⁰
Ânodo (+) : 2 Cl⁻ ⁽ˡ⁾ → Cl²⁽ᵍ⁾ + 2ᵉ⁻ 
MgCl²⁽ˢ⁾ → Mg⁰ + Cl²⁽ᵍ⁾
b) Magnésio no estado sólido e gás cloro.
TIPOS DE ELETRÓLISE
Eletrólise ígnea
A existência de mais de um tipo de cátion e ânion em solução faz com que
ocorra uma seletividade no processo de eletrólise. Assim, nem todos os íons
serão descarregados.
A descarga está relacionada com a reatividade do íon. Quanto menos
reativo for o íon, menor a voltagem necessária para que este descarregue.
Assim, infere-se que os íons que terão preferência de descarga serão os
menos reativos.
TIPOS DE ELETRÓLISE
Eletrólise aquosa
Prioridade de descargas:
CÁTIONS
Demais metais > H+ > metais alcalinos (grupo 1), alcalinos terrosos (grupo 2)
e Al
ÂNIONS
C⁻, Br⁻, l⁻ > OH⁻ > F⁻ e ânions oxigenados
Pode-se entender essa preferência de descarga como uma
competitividade entre os íons. Os cátions e os ânions presentes em solução
irão competir entre si. Aquele que demandar menor voltagem, será
descarregado seguindo a ordem de prioridade acima.
TIPOS DE ELETRÓLISE
Eletrólise aquosa
Eletrólise aquosa do NaCl:
Dissociação do sal em meio aquoso:
NaCl(aq) → Na+(aq) + Cl-(aq)
Auto ionização da água:
H2O → H+ + OH-
Observando as ordens de prioridades dos cátions e ânions,
nota-se que o H+ tem prioridade de descarga em relação ao Na+, e que o o Cl- tem
prioridade de descarga em relação ao OH-.
Assim:
Semirreação de redução:
2 H⁺ + 2 e⁻ →H²⁽ᵍ⁾
Semirreação de oxidação:
2 Cl⁻(aq) → Cl²⁽ᵍ⁾ + 2 e⁻
TIPOS DE ELETRÓLISE
Eletrólise aquosa
Eletrólise aquosa do NaCl:
Observe que na eletrólise aquosa do NaCl forma-se gás cloro (Cl2) e gás hidrogênio (H2),
enquanto na eletrólise ígnea do NaCl são formados sódio metálico (Na0) e gás cloro (Cl2)
TIPOS DE ELETRÓLISE
Eletrólise aquosa
Exercício 
1) A galvanoplastia é uma técnica que permite dar um revestimento metálico a uma peça, colocando
tal metal como polo negativo de um circuito de eletrólise. Esse processo tem como principal objetivo
proteger a peça metálica contra a corrosão. Vários metais são usados nesse processo, como, por
exemplo, o níquel, o cromo, a prata e o ouro. O ouro, por ser o metal menos reativo, permanece intacto
por muito tempo.
Deseja-se dourar um anel de alumínio e, portanto, os polos são mergulhados em uma solução de nitrato
de ouro III [Au(NO³)³]. Ao final do processo da eletrólise, as substâncias formadas no cátodo e no ânodo
são, respectivamente,
a) H² e NO³-
b) N² e Au
c) Au e O²
d) Au e NO²
e) O² e H²
TIPOS DE ELETRÓLISE
Eletrólise aquosa
Resolução
Em meio aquoso, o nitrato de ouro III sofrerá dissociação:
Au(NO³)³⁽ˢ⁾ → Au³⁺(aq) + 3 NO³⁻ (aq)
A água irá passar pelo processo de ionização:
H²O → H⁺ + OH⁻
Os cátions Au³⁺ e H⁺ irão competir pela descarga, porém o Au tem preferência de descarga. Assim, o
ouro será reduzido no cátodo:
Cátodo (-): Au³⁺ + 3 e⁻ → Au⁰
Os ânions OH⁻ e NO³⁻ irão competir pela descarga, porém o OH⁻ tem preferência de descarga, e será
oxidado no ânodo:
Ânodo (+): 2 OH⁻ → O² + 2 e⁻
Assim, na eletrólise do nitrato de ouro III serão produzidos Au⁽ˢ⁾ no cátodo e O² no ânodo.
TIPOS DE ELETRÓLISE
Eletrólise aquosa
Entre outras coisas, a eletrólise pode
ser usada para:
Extraçaõ de metais
Purificação de metais
Limpeza de metais
USOS DA
ELETRÓLISE
As leis de Faraday auxiliam na parte quantitativa do estudo de eletrólise, como em
cálculos envolvendo a massa de substância eletrolisada e a quantidade de carga
envolvida no processo. É possível calcular a quantidade de carga envolvida em um
processo de eletrólise a partir da seguinte relação:
Q = i ⋅ t
Onde
i = corrente elétrica (A)
t = tempo de passagem da corrente elétrica (s)
Q também apresenta um valor numérico, que corresponde à 96.500 Coloumbs, valor
esse associado à constante de Faraday (F), que corresponde à carga de 1 mol de
elétrons:
1 F = carga de 1 mol de elétrons = 96.500 C
O valor de 96.500 C corresponde à quantidade de carga elétrica necessária para
eletrolisar um equivalente-grama de cada substância.
LEI DE FARADAY
Exercício 
1) Por uma célula eletrolítica contendo uma solução aquosa de íons
Cr²⁺ passou-se uma corrente elétrica de 16 A. Determine o tempo
necessário para que se deposite sobre uma chave uma massa de
cromo igual a 0,52 g.
Dados: Cr = 52 g / mol; 1 F = 96.500 C
LEI DE FARADAY
Resolução
Cr²⁺ (aq) + 2 e⁻ → Cr⁰(aq)
1 mol de Cr⁰ ___ 2 mols de e⁻
52 g ___ 2 × 96.500 C
0,52 g ___ Q
Q = 1930 C
Q = i ⋅ t
1930 = 16 ⋅ t
t = 120,625 s ≈ 2 min
LEI DE FARADAY
+
-+
-
+
-
FIM!