Queridos leitores, hoje iremos falar sobre eletrólise. Já ouviu falar, né? Então se você não se lembra ou realmente não sabe o que é prepare-se para aprender!
Define-se por eletrólise o processo no qual se induz artificial e
forçadamente uma corrente elétrica no sistema afim de se obter uma
reação química, convertendo energia elétrica em energia química. De um modo resumido, quando dois compostos entram em contato químico, seus elementos são separados através da corrente elétrica forçada.Em tal processo, occore primeiramente a decomposição (ionização ou dissociacão) do composto em íons. Posteriormente, com a passagem de uma corrente contínua através destes íons, são obtidos os elementos químicos. O processo da eletrólise é uma reação de oxirredução oposta àquela que ocorre numa célula galvânica
(mais conhecida como pilha ou bateria), constituindo um fenômeno
físico-químico não espontâneo. É importante frisar que, enquanto a
reação que ocorre numa pilha ou bateria é espontânea, a eletrólise é um
processo antinatural, isto é, não é espontâneo; sua ocorrência só se
dará se garantido que uma corrente elétrica seja aplicada no sistema.
As pilhas funcionam por um mecanismo de eletrólise.
Os processos eletrolíticos são de grande importância na indústria atual e
tiveram participação no desenvolvimento de ideias quanto à natureza
elétrica da matéria. Entre seus usos está a recarga de baterias e a
produção industrial de elementos como o alumínio e o cloro, bem como a
confecção de peças extremamente refinadas e de alto rendimento como
aquelas usadas na indústria aeronáutica ou aeroespacial.
Agora vamos ver como realmente funciona a eletrólise?
Como sabemos, precisamos de uma fonte de energia para forçar o fluxo
de corrente elétrica, uma vez que a eletrólise não é um processo
espontâneo. São usadas
fontes de alimentação para fornecer a corrente elétrica do processo, também podemos utilizar uma pilha como fonte de alimentação.
A fonte de alimentação irá forçar os elétrons do polo positivo (ânodo) da
cuba eletrolítica (nome dado ao recipiente onde ocorre a eletrólise) e os transfere para o polo negativo (cátodo).
Na primeira semi reação o gerador atrai ânions A- para o polo
positivo e retira elétrons. Na segunda semi reação o gerador faz com que
os cátions B+ recebam os elétrons. Desse modo existe fluxo de corrente
elétrica. Observe a imagem abaixo.
O polo positivo da fonte de alimentação, descrita como Gerador na
imagem é chamado, na eletrólise, de Ânodo e o negativo, de Cátodo.
Lembrando que o fluxo da corrente é representado como o real, do
negativo para o positivo.
Os ânions A- se concentram no polo positivo da bateria, pois a fonte
forçará a perda de elétrons. E os cátions B+ se concentram no polo
negativo da bateria, pois a fonte os forçará a perder elétrons.
No caso de eletrólise aquosa, participam da reação a substância
dissolvida e a água, sendo que apenas um cátion e um ânion sofrerão as
descargas do eletrodo. Mais a frente definiremos as prioridades de
descarga dos elementos.
No caso da eletrólise ígnea, a passagem de corrente elétrica se dá em
uma substância iônica fundida (liquefeita), esse tipo é muito utilizado
em indústrias, principalmente para a produção de metais. Na imagem abaixo temos como exemplo a eletrólise ígnea do cloreto de sódio.
Dependendo do tipo de eletrodo e do modo de obtenção dos íons que constituem o eletrólito
as reações que ocorrem no processo eletrolítico são diferentes. A
eletrólise pode ser realizada com um reagente em estado
líquido(fundido), chamada eletrólise ígnea, ou com uma solução aquosa
deste produto. Há também a eletrólise com eletrodos reativos, na qual os
eletrodos participam da reação.
Exemplos de eletrólise:
Eletrólise ígnea do NaCl
Os produtos da eletrólise do sal de cozinha comum(NaCl) quando fundido são os elementos sódio e cloro.
- Etapas:
- O NaCl é fundido e colocado numa cuba.
- Na fusão ocorre a dissociação dos íons do sal: 2 NaCl → 2 Na+ + 2 Cl-
- Dois eletrodos inertes (exemplo, grafites) são mergulhados no sal fundido e ligados a um gerador químico (pilha ou bateria)
- Os ânions (2 Cl-) movem-se para o eletrodo positivo (ânodo) onde perdem eletrons (oxidação) tornando-se neutros, e ligando-se entre si:
- 2 Cl- - 2 elétrons → Cl2
Por diferença de potencial os dois elétrons são enviados através do gerador para o polo negativo.
- Os cátions (2 Na+) movem se para o eletrodo negativo (cátodo) onde recebem estes dois elétrons (redução) transformando-se em sódio metálico:
- 2 Na+ + 2 elétrons → 2 Na
Encerrado o processo obteve-se a decomposição do NaCl em cloro e sódio metálico:
- 2 NaCl → 2 Na + Cl2
Eletrólise ígnea de MgCl2(Cloreto de Magnésio)
Na eletrólise deste composto fundido, ocorrem as reações:
- No cátodo: Mg2+ + 2 e- → Mg(s)
- No ânodo: 2 Cl-(l) → Cl2(g) + 2e-
Os produtos obtidos são o cloro gasoso e o magnésio sólido, depositado no cátodo, com a reação total sendo:
- Mg2+(l) + 2 Cl-(l) → Cl2(g) + Mg(s)
Eletrólise de NaCl em solução aquosa(H2O + NaCl)
Este é um processo industrial importante para a obtenção do hidrogênio, cloro e soda caústica (NaOH). Considerando todas as reações possíveis de acontecer no ânodo e no cátodo, temos:
- 2 Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e-
- 2 H2O → O2(g) + 4H+(aq) + 4 e-
- 4OH-(aq) → O2(g) + 2 H2O + 4 e-
- e- + Na+(aq) → Na(s)
- 2e- + 2H2O → H2(g) + 2OH-(aq)
- 2e- + 2H+(aq) → H2(g)
Nesse caso a formação dos produtos obedece às prioridades de descarga
mencionadas abaixo, de forma que as únicas das reações acima que
ocorrerão serão a primeira(no ânodo) e a última(no cátodo), gerando a
reação global:
- 2 Cl-(aq) + 2H+(aq) → H2(g) + Cl2(g)
Assim são produzidos gás hidogênio e gás cloro, porém ocorre também a
formação de soda cáustica, dissolvida na água. Se os eletrodos
utilizados forem de cobre, reagirão com o cloro formando um precipitado
azul esverdeado (CuCl2). Pela eletrólise, pode se decompor a água acidulada em hidrogênio e oxigênio. Este procedimento foi descoberto pela primeira vez pelo químico inglês William Nicholson em 1800, e posteriormente por Faraday em 1820.
Eletrólise do ácido clorídrico(HCl) em água
Ao realizar esta eletrólise obtemos também cloro e higrogênio gasoso, ocorrendo as reações:
- No ânodo: 2 Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e-
- No cátodo: 2e- + 2H+(aq) → H2(g)
O que resulta na mesma reação global da eletrólise aquosa do NaCl, dando como produtos finais cloro e hidrogênio gasosos.
Eletrólise aquosa do Na2SO4(sulfato de sódio)
Neste caso particular de eletrólise, ocorrem as seguintes reações :
- No ânodo: 2 H2O → O2(g) + 4H+(aq) + 4 e-
- No cátodo: 2 e- + 2 H2O → H2(g) + 2OH-(aq)
Apesar de realizada com uma solução de Na2SO4, percebe-se que nem o íon Na+ nem o íon SO4- participam das reações nos eletrodos. Isto acontece pois a água oxida mais facilmente que o SO4- e ao mesmo tempo reduz mais facilmente que o Na+. Neste caso o sulfato de sódio atua no transporte de elétrons e na manutenção da eletroneutralidade, apenas.
Eletrólise do CuSO4 com eletrodos de cobre em solução aquosa
Neste caso quem sofre a oxidação (perda de elétrons) é o próprio
ânodo (eletrodo positivo). Isso ocorre porque o elétrodo tem mais
facilidade para se oxidar que os ânions do eletrólito.
- CuSO4 + 2 H2O --> Cu2+ + SO42- + 2 H+ + 2 OH-
- No ânodo: O cobre tem mais facilidade para perder elétrons que os ânions presentes:
- Cu - 2 elétrons --> Cu2+
- No cátodo: Entre os cátions Cu2+ e 2 H+ a facilidade do cobre em receber elétrons é maior, ocorrendo a descarga do íon Cu2+:
- Cu2+ + 2 elétrons --> Cu
Analisando o processo verfica-se que não ocorreu nenhuma reação
química, apenas uma transferência de cobre do ânodo para o cátodo. Como
no processo não ocorre a passagem das impurezas este tipo de eletrólise é
utilizado para a purificação de metais como cobre e outros. O metal
purificado obtido é de altíssima pureza.
Espero ter feito você lembrar ou aprender a eletrólise e bons estudos !
Fonte: http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletr%C3%B3lise
http://www.brasilescola.com/quimica/eletrolise.htm
