Relatório 11 Eletrólise

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Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ 
Centro Tecnológico – CT 
Instituto de Química - IQ 
Curso: Bacharel em Química 2015/2 
Alunos: Andressa Carvalho e Mariana Gomes 
Professor: Roberto Salgado Amado 
Disciplina: Química Geral Experimental II 
Data do experimento: 26 de janeiro de 2016 
 
ELETRÓLISE 
 
1. Introdução 
 
A eletrólise é um método usado para a obtenção de reações de oxirredução. 
Algumas reações químicas acontecem apenas quando se fornece energia na forma de 
eletricidade, enquanto outras geram eletricidade no momento em que ocorrem. Ao 
contrário da pilha, a eletrólise é um processo não espontâneo que converte a energia 
elétrica em energia química¹. 
A eletrólise estuda os fenômenos que acontecem em uma célula eletrolítica, ou seja, 
o efeito da eletricidade sobre as reações químicas. As reações químicas que ocorrem nos 
eletrodos durante a condução eletrolítica constituem a eletrólise. Quando a fonte de 
eletricidade para os eletrodos de uma experiência for uma bateria ou qualquer outra fonte 
de corrente continua, cada íon no liquido tende a mover‐se em direção ao eletrodo de carga 
oposta². 
Toda eletrólise precisa do gerador de corrente contínua que passará a corrente 
elétrica por um líquido com íons, que é chamado de eletrólito. No eletrólito ficam imersos 
dois eletrodos, sendo que um é o cátodo (polo negativo) e o outro é o ânodo (polo 
positivo), analogamente à célula voltaica, no anodo ocorre a reação de oxidação e no 
catodo a redução. O recipiente onde fica o eletrólito e os eletrodos mergulhados nele, bem 
como onde ocorre todo o processo de oxirredução, é chamado de cuba eletrolítica³. 
Dependendo do tipo de eletrólito, a eletrólise pode ser classificada de duas formas: 
Eletrólise ígnea e eletrólise aquosa. A eletrólise ígnea é um processo não espontâneo, em 
que a passagem de corrente elétrica ocorre por um composto iônico fundido. Ocorre em 
temperaturas elevadas, pois, para que os íons estejam livres no sistema, a substância iónica 
é fundida, ou seja, passa para o estado líquido e, normalmente, o ponto de fusão desses 
compostos é muito elevado. É por isso que esse processo é denominado ígneo, que quer 
dizer ardente
4
. 
A eletrólise aquosa, utilizada nesse trabalho, por sua vez, é um processo no qual o 
eletrólito é uma solução aquosa com íons dissolvidos. O composto iônico é dissolvido em 
água, ocorrendo a formação de íons livres, que produzirão a corrente elétrica. Na cuba 
eletrolítica deve haver água e o composto iônico dissolvidos. Da auto ionização da água, 
formará íons H
+
 e íons OH
-
. Se o composto for um sal, o NaCl, em contato com a água, 
formará o íon Na
+
 e o íon Cl
-
. Os íons positivos serão atraídos pelo eletrodo negativo e os 
íons negativos serão atraídos pelo eletrodo positivo. Cada par de íons competirão entre si 
para ver qual se formará ao redor do seu respectivo eletrodo5. 
2 
 
2. Objetivo 
 
Realizar a eletrólise de diferentes soluções aquosas comparando os resultados 
obtidos com a tabela de potenciais, identificando os efeitos da sobre tensão nas células 
eletrolíticas e a influência do material que compõe os eletrodos. 
 
3. Procedimentos Experimentais 
 
 3.1. Materiais e Reagentes 
 
Os seguintes equipamentos e vidrarias disponíveis no laboratório foram utilizados: 
 Eletrodo de cobre 
 Eletrodo de grafita 
 Fonte de corrente contínua 
 Garra 
 Palha de aço 
 Suporte Universal 
 Tubo em U 
 
 As seguintes substâncias, disponíveis no laboratório, foram utilizadas: 
 Acetato de Chumbo (CH3COO)2Pb 
 Ácido Sulfúrico 1,0 Mol.L-1 (H2SO4) 
 Cloreto de Estanho (SnCl2) 
 Cloreto de Sódio 1,0 Mol.L-1 (NaCl) 
 Fenolftaleína 
 Hidróxido de Sódio 1,0 Mol.L-1 (NaOH) 
 Sulfato de Cobre 0,5 Mol.L-1 (CuSO4) 
 Sulfato de Sódio 1,0 Mol.L-1 (Na2SO4) 
 
3.2 Parte Experimental 
Os experimentos foram divididos em duas partes, uma etapa foi realizada pelo 
professor e a outra pelos alunos. 
 
 3.2.1. Experiência feita pelo professor 
 
 
I. Eletrólise de solução saturada de (CH3COO)2Pb com eletrodos de cobre: 
 
Encheu-se o tubo em U com a solução de (CH3COO)2Pb. Em seguida, colocou-se 
os eletrodos de cobre conectados com uma fonte de corrente contínua. Passado um tempo, 
observou-se o resultado. 
 
 
 
 
3 
 
II. Eletrólise de solução de SnCl2 com eletrodos de grafita: 
 
 Encheu-se o tubo em U com a solução de SnCl2. Em seguida, colocou-se os 
eletrodos de cobre também conectados com uma fonte de corrente contínua. Passado um 
tempo. Feito isso, foi realizado o mesmo experimento novamente, desta vez utilizando 
eletrodos de grafita. Após a reação, trocou-se os polos dos eletrodos, sendo o anodo o novo 
catodo e vice-versa. Observou-se o resultado. 
 
 3.2.2. Experiência feita pelos alunos 
 
Para a realização dos experimentos, foi feito o mesmo procedimento para todos 
eles, alterando-se apenas a solução a ser eletrolisada. 
 Colocou-se o tubo em U em uma garra, no suporte universal e encheu-o com a 
solução a ser eletrolisada. Em seguida, colocou-se os eletrodos a serem utilizados (sendo 
dois de cobre e dois de grafita) conectados com uma fonte de corrente contínua. Passado 
um tempo, observou-se o resultado de todos os experimentos. Antes de dar início a outros 
experimentos, o tubo em U foi lavado e os eletrodos foram limpos com o auxílio da palha 
de aço. 
I. Eletrólise de solução de H2SO4 1,0 Mol.L
-1
. 
II. Eletrólise de solução de NaOH 1,0 Mol.L-1. 
III. Eletrólise de solução de Na2SO4 1,0 Mol.L
-1
. 
IV. Eletrólise de solução de CuSO4 0,5 Mol.L
-1
. 
V. Eletrólise de solução de NaCl 0,5 Mol.L-1. Neste experimento, adicionou-se 1 
gota de fenolftaleína em cada extremidade do tubo em U, para observar a 
alteração do pH da solução. 
Convencionalmente, os jacarés vermelhos ligados a fonte eram conectados aos 
anodos e os jacarés pretos, aos catodos. 
 
4. Resultados e Discussão 
4.1. Experimento realizado pelo professor 
4.1.1. Eletrólise de solução saturada de (CH3COOH)2Pb com eletrodo de cobre 
 
No catodo (polo negativo), os cátions de chumbo na solução são reduzidos para 
chumbo metálico. 
Pb
2+
 + 2e
-
  Pb0 
 Utilizando um eletrodo de cobre como anodo, o cobre é oxidado e passa para a 
solução. 
Cu
0  Cu2+ + 2e- 
Observou-se que deposição de cristais de chumbo sobre o eletrodo de polo 
negativo, que com o tempo poderia ter formado uma árvore de chumbo. Esperava-se 
também que um lado do tubo ficasse azul devido a liberação do cobre, porém isso não 
ocorreu. 
Por ser uma solução aquosa, é provável que, ao invés do cobre, tenha sido oxidado 
a água. 
Pb
2+
 + 2H2O  PbO2 + 4H
+
 + 2e
-
 
4 
 
 Por isso ainda houve a formação da árvore de chumbo, mas não da liberação do 
cobre na solução. 
 
4.1.2. Eletrólise de solução de SnCl2 
a. Com eletrodo de cobre: 
 
A experiência não se conduziu da forma esperada: Houve formação de cristais de 
estanho branco na ponta do eletrodo, mas depois parou de crescer. De forma que não se 
sabia se o problema dava-se nos eletrodos, solução ou fonte. Por isso, trocou-se os 
eletrodos. 
 
b. Com eletrodo de grafita: 
 
Já com o eletrodo de grafita, a experiência conduziu-se como esperado. Por motivos 
investigativos, não se trocou a solução que foi utilizada no experimento anterior. 
Começou a se formar uma árvore de estanho negro (com um formato mais parecido 
com um espanador) sob o eletrodo de polo negativo. O crescimento dos cristais foi rápido e 
com as suas pontas prateadas.Isso se dá porque o estanho reduz e é atraído para o catodo, 
enquanto a água se oxida. 
Depois, o professor inverteu os polos dos eletrodos e os cristais começaram a se 
desprender do eletrodo e se atrair para o lado oposto fazendo com que as partículas de 
estanho da solução subissem para o novo catodo. 
 Como erro experimental, por não se trocar a solução, houve uma pequena 
deposição de cobre sobre o anodo e deixando a ponta do eletrodo vermelha. 
 
4.2.Experimento realizado pelos alunos 
4.2.1. Eletrólise de solução de H2SO4 1,0 Mol.L
-1
. 
a. Com eletrodo de grafita: 
 
Observou-se que houve muita liberação de gás no catodo. Já no anodo, apesar de 
menos, também liberou gás. Como o eletrodo de grafita é praticamente inerte, a água sofre 
a oxidação: 
 
Tabela 1. Eletrólise do H2SO4 em solução aquosa. A reação global não está 
balanceada. 
Eletrólise do H2SO4 em solução aquosa 
Dissociação do H2SO4 H2SO4 → 2H
+
 + SO4
- 
Anodo 2H2O → 4H
+
 + O2 + 4e
-
 
Catodo 2H
+
 + 2e
-
 → H2 
Reação global H2O + H2SO4 → 4H
+
 + SO4
- 
+ O2 + 4e
- 
+ H2 
 
 Enquanto a água sofre decomposição, o H2SO4 só aumenta a condutividade elétrica 
da solução. Por está em meio ácido, a água libera gás oxigênio ao invés da hidroxila. 
5 
 
Nas mesmas condições de temperatura e pressão, o volume de H2 obtido é o dobro 
do volume de O2. Por isso liberou-se mais gás no catodo (hidrogênio) do que no anodo 
(oxigênio), pois eram gases diferentes. 
 
b. Com eletrodo de cobre: 
 
Desta vez, porém, quem oxida é o cobre, pois observa-se certa turvidez no anodo e 
depois a solução começa a ficar azul. Já no catodo, observou-se a liberação de gás 
hidrogênio devido à eletrólise do ácido sulfúrico. 
 
4.2.2. Eletrólise de solução de NaOH 1,0 Mol.L-1. 
a. Com eletrodo de grafita: 
 
Houve muito liberação de gás em ambos eletrodos, sendo que no catodo as bolhas 
deixaram a solução praticamente branca. 
Isso ocorre principalmente porque quem se eletrolisa é a água. Os gases liberados 
são o hidrogênio (pelo catodo) e oxigênio (pelo anodo). 
Há as seguintes semirreações: 
𝑁𝑎𝑂𝐻 → 𝑁𝑎+ + 𝑂𝐻−
𝐻2𝑂 → 𝑂𝐻
− + 𝐻+
 
 
 No cátodo ocorre a redução do hidrogênio (cátions H
+
 tem maior facilidade de 
descarga do que cátions sódio) e no ânodo ocorre a oxidação dos ânions hidroxila da base 
(uma vez que a da água permanece na solução por ter um grau de ionização menor). 
Depois, obtem-se as seguintes semi-reações nos eletrodos: 
𝑐𝑎𝑡𝑜𝑑𝑜: 2𝐻(𝑎𝑞 )
+ + 2𝑒− → 𝐻2(𝑔)
 𝑎𝑛𝑜𝑑𝑜:𝐻2𝑂(𝑙) →
1
2
𝑂2 + 2𝐻(𝑎𝑞 )
+ + 2𝑒−
 
Somando as semi-reações que ocorre nos eletrodos com as semi-reações de 
ionização, obtem-se: 
 
b. Com eletrodo de cobre: 
 
Foi observado que no catodo há fortemente liberação de gás hidrogênio, pela 
mesma reação dada acima, levando a solução ficar branca devido as bolhas. Como o 
eletrodo de cobre é um eletrodo ativo, esse sofre oxidação. Também se notou a formação 
de uma pasta branca que crescia sobre o anodo. Sob especulações e discussões do presente 
grupo com o professor, essa substância pastosa foi considerada um erro experimental. 
 
4.2.3. Eletrólise de solução de Na2SO4 1,0 Mol.L
-1
. 
a. Com eletrodo de grafita: 
 
6 
 
Na eletrólise do Na2SO4 em solução aquosa, ambos os íons oriundos da 
dissociação da água têm prioridade na eletrólise. 
Tabela 2. Eletrólise do Na2SO4 em solução aquosa. 
Eletrólise do Na2SO4 em solução aquosa 
Dissociação do Na2SO4 Na2SO4 → 2 Na
1+
 + SO4
2-
 
Auto-ionização da água 2 H2O → 2 H
1+
 + 2 OH
1-
 
Anodo 2 OH
1-
 → H2O + 1/2 O2 + 2 e
-
 
Catodo 2 H
1+
 + 2 e
-
 → H2 
Reação global H2O + Na2SO4 → H2 + 1/2 O2 + 2 Na
1+
 + SO4
2-
 
 
 Como as moléculas de água são consumidas na eletrólise, a solução vai ficando 
progressivamente mais concentrada em sulfato de sódio. Por isso observou a liberação de 
gás hidrogênio no catodo e de oxigênio no anodo. 
 
b. Com eletrodo de cobre: 
 
O eletrodo de cobre é um eletrodo mais ativo, por isso o cobre presente no eletrodo 
sofre oxidação, liberando Cu
2+
 para a solução deixando-a azulada no anodo. E, assim como 
na reação anterior, o hidrogênio será reduzido. 
 
4.2.4. Eletrólise de solução de CuSO4 0,5 Mol.L
-1
. 
a. Com eletrodo de grafita: 
 
Observou-se que houve liberação de gás oxigênio no anodo e, no catodo, houve 
deposição de cobre sobre o eletrodo deixando a solução mais clara. 
Evidentemente, o cobre da solução se reduz e se deposita catodo. 
Consecutivamente a concentração de cobre na solução diminui, deixando-a mais clara. Na 
presente reação, a água reduz-se. 
 
Tabela 3. Eletrólise do CuSO4 em solução aquosa. 
Eletrólise do CuSO4 em solução aquosa 
Dissociação do CuSO4 CuSO4 → Cu
2+
 + SO4
2-
 
Auto-ionização da água 2 H2O → 2 H
1+
 + 2 OH
1-
 
Anodo 2 OH
1-
 → H2O + 1/2 O2 + 2 e
-
 
Catodo Cu
2+
 + 2 e
-
 → Cu 
Reação global H2O + CuSO4 → 2 H
1+
 + 1/2 O2 + Cu + SO4
2-
 
 
b. Com eletrodo de cobre: 
 
Visualmente não ocorre nada. Entretando, teoricamente, houve deposição de cobre 
metálico (pois se reduziu) no catodo, enquanto o anodo oxida mais cobre e libera para a 
solução. 
Esse processo é utilizado para a purificar cobre metalúrgico (anodo), pois teria uma 
placa de cobre de alta pureza como catodo. 
7 
 
No ânodo (polo positivo), há a retirada de elétrons (descarga) do próprio cobre 
metálico impuro: 
Reação anódica (oxidação): Cu(s)→ Cu
2+
(aq) + 2e- 
No cátodo (polo negativo), há o fornecimento de elétrons (descarga) para os cátions 
Cu
2+
(aq). 
Reação catódica (redução): Cu
2+
(aq) + 2e- → Cu
0
(s) 
Isso significa que a placa de cobre metalúrgico se dissolve, sendo que seus cátions 
Cu
2+
 se transferem para a solução e são atraídos pela placa de cobre puro, depositando-se 
sobre ela. No cátodo, então, é obtido um cobre com alto teor de pureza. 
Somando-se as duas semirreações que ocorrem nos eletrodos, temos: 
 
Semirreação do ânodo: Cu
0
(s)→ Cu
2+
(aq) + 2e- 
Semirreação do cátodo: Cu
2+
(aq) + 2e- → Cu
0
(s) 
Reação Global: Zero 
 
O resultado foi zero porque só houve um transporte de cobre da placa impura para a 
pura, mas não houve transformação química
6
. 
 
4.2.5. Eletrólise de solução de NaCl 0,5 Mol.L-1 
a. Com eletrodo de grafita: 
 
A solução possui os seguintes íons dissolvidos: 
NaCl → Na+ + Cl- 
H2O → H
+
 + OH
-
 
Entre esses íons os que têm maior facilidade de descarga são o H
+
 e o Cl
-
. Assim, o 
cátion Na
+
 e o ânion OH
-
 permanecerão na solução formando uma solução de hidróxido de 
sódio. Logo, já se sabe quais gases foram liberados. O íons H
+
 e Cl
-
 irão reagir e o gás 
cloro (Cl2), no anodo, e o gás hidrogênio (H2), no catodo, serão produzidos. 
 
Figura 1. Eletrólise do cloreto de sódio em solução aquosa. 
 
Na experiência, notou-se que o eletrodo de polo negativo, estava com a ponta rosa, 
enquanto o de polo positivo tinha a solução amarelada ao seu redor. Também houve 
8 
 
liberação de gás em ambos lados. Indentificou-se os gases como H2 , no catodo, e Cl2, no 
anodo. O tom rosa era devido ao indicador ácido-base que identificou a presença de NaOH. 
E o tom amarelo era devido ao cloro presente que possui essa cor característica. 
 
b. Com eletrodo de cobre: 
 
Com esse eletrodo, o catodo ficou rosa, devido a presença de fenolftaleína, e 
liberou muito gás e, no anodo, depositou-se uma pasta branca. A reação processa-se da 
mesma maneira do que a do experimento anterior,liberando gás hidrogênio e formando 
NaOH (por isso a cor rosa). Novamente, a substância branca e pastosa foi considerado um 
erro experimental. 
 
5. Conclusão 
 
Ao findar a resolução deste trabalho, conclui-se que eletrólise é um processo não 
espontâneo de descarga de íons, baseado na conversão de energia elétrica em energia 
química. Devido aos experimentos pode ser concluir diversos tópicos sobre o tema 
eletrólise. Sendo algum deles, a atividade do eletrodo e a oxidação e redução os compostos 
químicos. Notou-se que quando utilizou-se o eletrodo de grafita, que é basicamente inerte, 
a eletrólise ocorreu totalmente na solução. Porém, por muitas vezes, quando utilizou-se o 
eletrodo cobre, a solução ficou azulada ou houve depósito de cobre sobre o catodo. Isso é 
porque o eletrodo de cobre é ativo, isto é, participa da eletrólise, pois sofre redução ou 
oxidação. Também foi visto a diferença entre eletrólise ígnea e aquosa. Pode-se concluir 
que a eletrólise utilizada no corpo deste trabalho foi a eletrólise aquosa. 
 
 
6. Bibliografia 
 
¹ ALVES, Líria. Eletrólise. Brasil Escola. Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br 
/quimica/eletrolise.htm> Acesso em: 27 de Janeiro de 2016. 
² Eletroquímica. Disponível em: < https://rfreire.files.wordpress.com/2012/12/fq_aula-22-
a-25-eletroquimica.pdf> Acesso em: 27 de Janeiro de 2016. 
³ FOGAÇA, Jennifer. Eletrólise. Manual da química. Disponível em: < 
http://manualdaquimica.uol.com .br/fisico-quimica/eletrolise.htm> Acesso em: 27 de 
Janeiro de 2016. 
4 
FOGAÇA, Jennifer. Eletrólise Ígnea. Alunos Online. Disponível em: 
<http://alunosonline.uol.com.br /quimica/eletrolise-ignea.html> Acesso em: 27 de Janeiro 
de 2016. 
5
 Só Química. Eletrólise aquosa. Disponível em: < http://www.soq.com.br 
/conteudos/em/eletroquimica/p5.php> Acesso em: 27 de Janeiro de 2016. 
 
6
 FOGAÇA, Jennifer. Eletrólise com Eletrodos Ativos. Mundo Educação. Disponível em: 
<http://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/eletrolise-com-eletrodos-ativos.htm > 
Acesso em: 31 de Janeiro de 2016.