Eletrólise Ígnea, em Solução, Aspectos e Equação


É definido como a decomposição de uma substância pela passagem de corrente elétrica. Na eletrólise, bem como as pilhas, são reações de transformações das espécies são reações de oxirredução. De um modo geral as eletrólises são realizadas em recipientes chamadas cubas ou células eletrolíticas. Numa cuba existem dois eletrodos: um funciona como polo negativo e chama-se cátodo (porque atrai os cátions); o outro funciona como polo positivo e chama-se ânodo (porque atrai os ânios).

Eletrólise Ígnea

Ligado a este sistema, existe uma fonte de corrente contínua (um gerador, uma bateria, uma pilha). O circuito só se fecha se o meio que separa os eletrodos for constituído de íons móveis, o que pode ser concretizado de duas maneiras diferentes:
1.                   Por meio da eletrólise ígnea,
2.                   Por meio da Eletrólise em solução,

ELETRÓLISE ÍGNEA

Eletrodos inertes são eletrodos cuja massa permanece inalterada durante o processo. Não participam quimicamente do processo. Servem apenas como condutores de elétrons. Exemplos de eletrodos inertes:
a)     eletrodos de grafite;
b)     eletrodos de platina.

Exemplo:

Eletrólise no NaCI no estado fundido

Qualquer que seja a eletrólise em solução aquosa, teremos sempre a presença de:
Cátion H+ junto ao Cátios da Substância em questão
Ânion OH- junto ao Ânion da Substância em questão

Quando os íons estão presentes em meio aquoso, basta saber, entre os dois cátions, qual terá a prioridade em reduzir e entre os dois ânions qual terá a prioridade em oxidar. Os cátions Na+ são atraídos pelo pólo negativo (cátodo) chegando a este pólo, eles ganham elétrons e são descarregados de acordo com as semi-reações: No polo -: Na+ + e -> Na° {reação de redução} (cátodo).

Ao contrário os íons Ch são atraídos pelo pólo positivo (ânodo) onde perdem elétrons e se descarregam. No pólo +: 2 Cl~ -» CI2 + 2e~ {reação de oxidação} (ânodo). Na soma das duas equações, teremos a equação global da eletrólise: 2Na+ + 2e” -> 2Na° 2Cr -» Cl, + 2e” – 2Cr -> 2 Na° + Cl/ Obtém-se como produto: sódio metálico e gás cloro. Observações:

I.     Atenção quanto ao sinal dos eletrodos:

Vamos, agora, aplicar essas considerações a alguns exemplos, lembrando ainda o seguinte:
•        a descarga de um cátion produz o metal correspondente ou o hidrogênio gasoso: 2e~ + Fe2+ ->• Fe 26- + 2 H* -> H2(g)
•        a descarga de urn ânion simples libera o próprio elemento: 2 cr -> Cf2 + 2 e-a descarga da oxidrila libera água e oxigênio gasoso: 2 OH- -> H20 + 1/2 02 + 2 e-Exemplo: Eletrólise aquosa do NaQ. Na presença do NaC^ em meio aquoso, ocorre liberação de Na+ e Cl~ provenientes da dissociação iônica do sal.

Nas eletrólises em solução aquosa, deve-se considerar a presença de íons H+ e OH- devidos à ionização da água. Seria esperado a presença de Na° (metálico) e liberação de gás cloro, a exemplo da eletrólise do NaCI fundido. Na prática estas substâncias não foram encontradas, sendo no lugar, a formação de H2 (no cátodo) e CI2 (no ânodo). Como explicar esse fato?

Para explicar o fenômeno é necessário verificar os tipos de íons presentes na solução. O NaQ(s) libera Na+ e Q ambos na solução e mais H+ e OH~ provenientes da ionização da H20, em concentração muito pequena. Teremos:
semi-reação de oxidação: ânodo – 2 C£~ -» Q2 + 2 e~ (ganha do OH~ na preferência)
semi-reação de redução: cátodo – 2 H+ + 2 e~ -> H2 (ganha do Na+ na preferência)
reação global da eletrólise: 2 H + 2 Cr -> H2 + Q2 + NaOH

Os íons Na+ e OH~ que ficaram em solução, formam o hidróxido de sódio (NaOH) como um dos produtos finais da reação. Este método é muito utilizado na indústria sendo que a evaporação da água fica o NaOH sólido.

ELETRÓLISE: ASPECTO

Na aula anterior observamos todas as substâncias produzidas na eletrólise, de acordo com as espécies decompostas. As leis quantitativas da eletrólise foram estabelecidas entre 1833 e 1834 pelo físico e químico Michael Faraday, que era inglês. As conclusões quantitativas de Faraday sobre a eletrólise ficou conhecida como: Leis de Faraday.

Nas experiências de Faraday, ele constatou que quando se pega um sistema de cubas ligadas em série, contendo soluções de CuS04, fazendo passar uma quantidade de eletricidade, por mais diferentes que fossem os eletrodos (na forma ou no tamanho), a massa de cobre depositada em todas as cubas era a mesma, porque estando em série, a quantidade de eletricidade era a mesma.

Com estas observações, determinou-se a primeira Lei de Faraday: “A massa de uma substância eletrolizada é proporcional à carga elétrica utilizada”. Na segunda Lei de Faraday, utilizando o mesmo sistema em série, porém, em cada cuba apresenta substâncias diferentes. As cubas continuavam a receber a mesma quantidade de eletricidade por estar em série.

Faraday verificou, que as quantidades de material transformado eram proporcionais aos respectivos equivalentes-gramas. “A massa de uma substância transformada é diretamente proporcional ao equivalente-grama da substância”

Se a E: correspondente a uma massa transformada m^ E2 corresponderá a uma massa x. Faraday determinou experimentalmente que existe uma certa quantidade de eletricidade capaz de transformar um equivalente-grama de qualquer substância. Essa quantidade de eletricidade vale 96487 coulombs e foi chamada de Faraday.

l Faraday = 96.500 C
l l Faraday = l mol de elétrons

EQUAÇÃO FUNDAMENTAL

m = k . Q
m = K . E . Q
m = k2 . E

Para calcular a constante K, vamos supor Q = 96.500 C. Neste caso m = E. Voltando à expressão geral m = K.E.Q., teremos:
K = 96500
E = K. E. 96500

Através da física, obtemos que Q = i. t, onde i é igual a intensidade de corrente elétrica (amperes) e t é igual ao tempo decorrido (segundos). Quando for duplicada a quantidade de eletricidade, também duplicará a massa depositada e assim sucessivamente.

Se Q: é a quantidade de eletricidade que faz depositar uma massa m, uma quantidade Q, faz depositar uma massa x.

onde:
m  = massa da substância transformada
E   = equivalente-grama da substância
i    = intensidade de corrente elétrica (A)
t    = tempo decorrido (s)

Cuba em série: são percorridas por uma mesma quantidade de carga (Q), que deposita igual número de equivalente-grama: