Eletrólise

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:

1. O NaCl é fundido e colocado numa cuba.

Na fusão ocorre a dissociação dos íons do sal: 2 NaCl → 2 Na⁺ + 2 Cl^-

1. Dois eletrodos inertes (exemplo, grafites) são mergulhados no sal fundido e ligados a um gerador químico (pilha ou bateria)
2. 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) → Cl_2(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) → Cl_2(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) → Cl_2(g) + 2e^-

2 H₂O → O_2(g) + 4H⁺_(aq) + 4 e^-

4OH^-_(aq) → O_2(g) + 2 H₂O + 4 e^-

e^- + Na⁺_(aq) → Na_(s)

2e^- + 2H₂O → H_2(g) + 2OH^-_(aq)

2e^- + 2H⁺_(aq) → H_2(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) → H_2(g) + Cl_2(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) → Cl_2(g) + 2e^-

No cátodo: 2e^- + 2H⁺_(aq) → H_2(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 → O_2(g) + 4H⁺_(aq) + 4 e^-

No cátodo: 2 e^- + 2 H₂O → H_{2(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.

• Ionização:

CuSO₄ + 2 H₂O --> Cu²⁺ + SO₄^2- + 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