Eletrólise: Processo Físico-Químico

Prévia do material em texto

Eletrólise é um processo físico-químico que utiliza a energia elétrica de uma fonte qualquer (como pilha ou bateria) para forçar a ocorrência de uma reação química de produção de substâncias simples ou compostas que não podem ser encontradas na natureza ou que não são encontradas em grande quantidade.
Representação da montagem de um sistema de eletrólise qualquer
Durante a eletrólise, um cátion sofre redução no cátodo, e um ânion sofre oxidação no ânodo. Isso acontece por meio da descarga elétrica fornecida por uma fonte externa. Assim, temos na eletrólise uma reação de oxidação e redução não espontâneas.
Entenda agora as duas formas de ocorrência da eletrólise:
→ Eletrólise ígnea
Nesse tipo de eletrólise, utilizamos uma substância iônica no estado líquido em uma cuba eletrolítica. Quando a substância iônica (XY) é submetida à fusão, ela sofre o processo de dissociação, como representado abaixo:
Em seguida, quando a fonte de energia elétrica é ligada, o cátion (X+) desloca-se em direção ao cátodo, e os ânions (Y-) deslocam-se em direção ao ânodo. Com isso:
No cátodo: os cátions recebem elétrons (sofrem redução) e transformam-se em uma substância estável (X), processo representado pela equação a seguir:
No ânodo: os ânion perdem elétrons (sofrem oxidação) e transformam-se em uma substância estável (X), processo representado pela equação a seguir:
a) Exemplo de eletrólise ígnea
Como exemplo, acompanhe agora a eletrólise ígnea do cloreto de sódio (NaCl). Quando o cloreto de sódio (NaCl) é submetido à fusão, ele sofre o processo de dissociação, como representado abaixo:
Em seguida, quando a fonte de energia elétrica é ligada, o cátion (Na+) desloca-se em direção ao cátodo, e os ânions (Cl-) deslocam-se em direção ao ânodo. Com isso:
No cátodo: os cátions Na+ recebem elétrons (sofrem redução) e transformam-se em uma substância estável (Na, que é um metal sólido), processo representado pela equação abaixo:
No ânodo: os ânions Cl- perdem elétrons (sofrem oxidação) e transformam-se em uma substância estável (Cl2, que é gasoso), processo representado pela equação abaixo:
Esquema demonstrando a eletrólise ígnea do NaCl
Assim, na eletrólise ígnea do cloreto de sódio, temos a formação de sódio metálico (Na) e gás cloro (Cl2).
→ Eletrólise aquosa
Nesse tipo de eletrólise, utilizamos uma substância iônica dissolvida na água, dentro da cuba eletrolítica. Assim, antes de realizar a eletrólise, primeiramente misturamos a substância (geralmente um sal inorgânico) na água para provocar sua dissociação (liberação de um cátion e um ânion), como representado abaixo:
Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;)
O diferencial em relação à eletrólise ígnea é que, além dos íons provenientes da dissociação, temos também os íons provenientes da autoionização da água. Em sua autoionização, a água produz um cátion hidrônio (H+) e um ânion hidróxido (OH-), como na equação abaixo:
Com isso, no interior da cuba eletrolítica, temos a presença de dois cátions (um proveniente da substância iônica e outro proveniente da água) e dois ânions (um proveniente da substância iônica e outro proveniente da água).
Para saber qual cátion se deslocará para o cátodo e qual ânion se deslocará para o ânodo, é necessário conhecer a ordem de descarga de cátions e ânions.
· Para cátions:
Au>Pt>Hg>Ag>Cu>Ni>Cd>Pb>Fe>Zn>Mn>hidrônio>família IIIA> família IIA > família IA
· Para ânions
Ânions não oxigenados e o HSO4 > hidróxido > ânions oxigenados e F
Em seguida, quando a fonte de energia elétrica é ligada, um cátion (X+) desloca-se em direção ao cátodo, e um dos ânions (Y-) desloca-se em direção ao ânodo.
No cátodo: os cátions recebem elétrons (sofrem redução) e transformam-se em uma substância estável (X), processo representado pela equação abaixo:
No ânodo: os ânions perdem elétrons (sofrem oxidação) e transformam-se em uma substância estável (Y), processo representado pela equação abaixo:
a) Exemplo de eletrólise aquosa
Como exemplo, utilizaremos a eletrólise aquosa do cloreto de sódio (NaCl). Quando o cloreto de sódio (NaCl) é dissolvido na água, ele sofre o processo de dissociação, como representado abaixo:
Além da dissociação do NaCl, temos a autoionização da água:
Temos, então, os cátions H+ e Na+ e os ânions OH- e Cl-. Em seguida, quando a fonte de energia elétrica é ligada, temos o seguinte:
No cátodo: os cátions H+ recebem elétrons (sofrem redução) e transformam-se em uma substância estável (H2, que é um gás). Isso ocorre porque o hidrônio tem prioridade de descarga em relação aos elementos da família IA (no caso, o Na). O processo é representado pela equação abaixo:
No ânodo: os ânions Cl- perdem elétrons (sofrem oxidação) e transformam-se em uma substância estável (Cl2, que é gasoso). Isso ocorre porque o Cl- é um ânion não oxigenado e tem prioridade de descarga em relação ao hidróxido, processo representado pela equação abaixo:
Esquema demonstrando a eletrólise aquosa do NaCl
Assim, na eletrólise aquosa do cloreto de sódio, temos a formação de gás hidrogênio (H2) e gás cloro (Cl2).