Eletrólise: Tipos, Cátions, Ânios e Leis de Faraday


Eletrólise é um processo em que uma reação quími­ca é provocada pela corrente elétrica proveniente de um gerador, ou seja, não é um processo espontâneo.

Eletrólise aquosa – substâncias que, em solu­ção aquosa, produzem íons, tais como ácidos, bases e, principalmente, sais.
Eletrólise ígnea – A eletrólise ígnea é assim denominada porque, para a obtenção de seus íons, utiliza-se calor. Os íons das substâncias iônicas puras, fundidas, sem água presente no sistema, são descarregados por corrente elétrica. Assim se processa a eletrólise do cloreto de sódio.

Eletrólise

A eletrólise sempre representa o processo inver­so da pilha. A eletrólise é realizada em uma cuba eletrolítica con­tendo íons na qual são introduzidos dois eletrodos iner­tes – que não vão participar do processo nem alterá-lo, geralmente de platina (Pt) ou grafite – ligados a um ge­rador, que pode ser uma pilha.

Observação
A nomenclatura dos pólos é inversa à nomen­clatura utilizada na pilha.

Quando o gerador é acionado, são criados dois po­los: um positivo, ânodo, e um negativo, cátodo. Com isso, imediatamente os cátions (íons positivos) são atraídos pelo polo negativo, denominado também de cá­todo, e os ânions (íons negativos) pelo polo positivo, no­meado ânodo. A atração dos íons aos polos promove uma descar­ga, produzindo assim substâncias.

• No cátodo – são atraídos os íons sódio (cátions) para descarga.Nesse caso, os íons sódio estão recebendo elétrons, portanto, sofrendo redução. Os metais são representados no processo na sua forma atômica.
• No ânodo – são atraídos os íons cloro (ânions) para descarga. Como o cloro não se apresenta na forma atômica, a cada dois cloros liberados, ocorre a formação de uma molécula de C12. Nesse caso, o cloro está perdendo elé­trons no processo, ou seja, sofrendo oxidação.

Assim, os produtos obtidos da eletrólise ígnea do cloreto de sódio são o sódio metálico e o gás cloro.

Esses polos podem ser definidos, portanto, da seguin­te maneira:
•         cátodo – eletrodo para onde vão os cátions – polo negativo;
•         ânodo – eletrodo para onde vão os ânions – polo positivo.

Existem dois processos de eletrólise em virtude da diferença no processo da formação de íons:
•    Eletrólise ígnea – substâncias iônicas que pro­duzem íons por fusão.
• Eletrólise aquosa – Para a obtenção dos íons necessários ao processo de eletrólise aquosa, recorre-se à ionização ou à dissocia­ção iônica de substâncias em solução aquosa. A presen­ça da água no sistema faz com que se tenha não só íons provenientes da substância a ser eletrolisada, mas tam­bém íons da própria água.

Logo, os íons advindos do soluto competem com os íons H+ + OH~ provenientes da água. A ordem de prioridade de descarga nos eletrodos se estabelece de forma diferente para cátions e ânions.

•     Para cátions
Isso significa que cátions de metais alcalinos, alcali-no-terrosos e A£3+ não descarregam em soluções aquo­sas no pólo negativo, o que ocorre é a descarga do H+.
•     Para ânions
Isso significa que ânions como SÓ2 , PO3 , F~ etc. não descarregam em soluções aquosas no pólo positivo, o que ocorre é a descarga do OH~, conforme o processo demonstrado a seguir.

Observação
É interessante, nesta etapa da resolução de exercí­cios, equilibrar as cargas positivas e negativas, deixando a mesma quantidade de cargas nas duas reações.
•     No cátodo – entre o Cu2+ e o H+, o Cu2* tem prioridade de descarga de cátions. Cu2+ + 2e- -> Cu°
•     No ânodo – entre o SO2~ (oxigenado) e o OH~, este tem prioridade de descarga de ânions.

No cátodo – entre o Na+ e o H+, o H+ tem maior facilidade em descarregar (percebe-se pela ordem de facilidade de descarga de cátions), logo, tem preferência.

No ânodo – entre o Cl’ (não oxigenado) e o OH~, o C£~ tem maior facilidade de descarga (perce­be-se pela ordem de descarga de ânions), tendo, portanto, preferência.

Leis de Faraday

Em 1909, o físico norte-americano Robert Andrews Millikan determinou a carga de um elétron. Carga de l elétron = 1,6 • 10~19 coulomb (C). Com base nesse valor, é possível determinar a carga de l mol de elétrons. Percebe-se, com isso, que tanto o Na+ quanto o OH~ não sofreram eletrólise e que permaneceram em solução. Ao final do processo, portanto, têm-se formado também o NaOH.

A carga de 96 500 C (l mol de elétrons) é denomi­nada faraday, em homenagem a Michael Faraday, que foi o cientista responsável pela sua determinação, apre­sentada a seguir.

Michael Faraday foi um dos maiores cientistas do século XIX em virtude de suas pesquisas nos cam­pos da eletricidade e do magnetis­mo. Quanto à Química, formulou as leis que estabelecem relações entre a quantidade de eletricidade e a mas­sa da substância eletrolisada.

Primeira lei

A massa de determinada substância formada em um eletrodo é diretamente proporcional à sua carga elétrica: m = k • Q. Para essa lei, tem-se: m = massa, k = constante de proporcionalidade e Q = carga em coulomb. A quantidade de carga (Q) pode ser calculada pela expressão abaixo. Em que i = intensidade de corrente (em amperes) e t = tempo (em segundos).

Segunda lei
A massa de determinada substância formada em um eletrodo é diretamente proporcional ao equivalente gra­ma (E) dessa substância: m = k • E. Para essa lei, tem-se m = massa, k = constante de proporcionalidade e E = equivalente grama. Atualmente o termo  “equivalente grama” está obsoleto e não é mais recomendado pela lupac. Para facilitar o estudo das Leis de Faraday, pode-se recorrer à estequiometria, usando relações entre mol, mas­sa, volume e carga elétrica, como nos exemplos a seguir.

Eletrólise em série

Quando duas ou mais celas eletrolíticas estão liga­das em série, a quantidade de carga elétrica que atraves­sa a primeira cela é a mesma que atravessa a segunda, a terceira etc.