Eletrólise utilizando eletrodos ativos

O fenômeno da eletrólise pode ser caracterizado quando se coloca num recipiente – chamado de cuba eletrolítica – a substância no estado líquido que tem íons livres, fundida (ígnea) ou mesclada a uma quantidade de água (em meio aquoso), somada a dois eletrodos emergidos nela. Estes eletrodos, conectados a um gerador (ilha ou bateria), vão permitir a passagem da corrente elétrica por todo o composto que está em estado líquido.

Esses eletrodos têm como função mais comum a capacidade de deslocar os elétrons de cada espécie reagente. Este é o motivo de não haver a necessidade de eles participarem da reação. Imagine a seguinte situação com a eletrólise do cloreto de sódio fundido (NaCℓ). Nesse caso, os eletrodos utilizados são os de grafite, que são inertes e têm apenas a missão de fazer com que sejam depositados sobre eles e recolhidos o sódio metálico e o gás cloro que se originaram das reações de oxirredução.

A platina é outro material que é capaz de conduzir eletricidade e é utilizado como eletrodo. Em certas situações os eletrodos são caracterizados como ativos quando eles têm participação nas reações de oxirredução.

Exemplo: o eletrodo negativo (cátodo) é uma placa de cobre bastante pura e o eletrodo positivo (ânodo) de cobre metalúrgico – ou seja, que contém menores quantias de impurezas, especialmente o ferro e o zinco, sendo que este pode também conter ouro, prata ou platina. Nesse caso, os eletrodos são inseridos em uma cuba eletrolítica junto a uma solução de sulfato de cobre.

No ânodo (que é o polo positivo), uma quantia de elétrons acabou sendo retirada (descarga) do cobre metalúrgico impuro:

– Reação anódica (oxidação): Cu(s)→ Cu2+(aq) + 2e-

No cátodo (que é o polo negativo), acontece o contrário: a inserção de elétrons (descarga) nos cátions Cu2+(aq):

– Reação catódica (redução): Cu2+(aq) + 2e- → Cu0(s)

No exemplo citado acima, o cobre metalúrgico impuro é dissolvida e os seus cátions (Cu2) são transferidos para a solução e atraídos pelo cobre puro. Ele, então, é depositado sobre esta placa.

Ao momento em que isso acontece, os cátions das impurezas menos nobres que essa placa de cobre – como o zinco e o ferro (Zn2+ e Fe2+) não são capazes de serem reduzidos no cátodo, já que a sua capacidade de redução é bem menor com relação ao dos cátions Cu2+. Assim, estes permanecem em solução. Os cátions das mais nobres do que a placa de cobre, por outro lado – como o ouro, a prata e a platina – não passam pela oxidação no ânodo e se ficam nas profundidades do recipiente.

Do cátodo (polo negativo), então, se obtém um cobre com altos níveis de pureza. Tal procedimento é feito com o objetivo de purificar a placa de cobre metalúrgico, sendo que este necessita de um índice de pureza de 99,9% para poder ser utilizado nos fios que conduzem energia elétrica, por exemplo.

Quando são somadas as duas semirreações que ocorrem nos eletrodos, acontece a seguinte situação:

– Semirreação do ânodo: Cu0(s) >>> Cu2+(aq) + 2e-
– Semirreação do cátodo: Cu2+(aq) + 2e- >>> Cu0(s)

A reação Global nesse caso, então, é zero, isso porque só aconteceu um transporte de placa de cobre impura à pura, sem que houvesse uma transformação química.

Mais um bom exemplo é o acontece no processo da chamada Galvanoplastia, que é o processo no qual se reveste um objeto feito de metal por outro mais nobre.

Vamos pegar um exemplo em que a peça a ser recoberta é o cátodo, sendo que o ânodo tem de ser composto pelo metal com o qual se quer revestir a peça. Nesse caso, podemos utilizar também no ânodo um eletrodo inerte, sendo que a solução aquosa eletrolítica terá de ser feita por um sal do metal que será utilizado para revestir a peça.

Para contextualizar, vamos analisar como exemplos situações nas quais o desejo é revestir um anel com ouro. Nesses casos, o anel foi classificado como sendo o eletrodo negativo (cátodo) e a placa de ouro como eletrodo positivo (ânodo), sendo que ambos foram mergulhados em uma solução eletrolítica de nitrato de ouro III [Au(NO3)3], que tem em sua composição os cátions Au3+.

Quando a corrente elétrica passa pelo sistema, acontece então a oxidação no ânodo (da própria placa de ouro metálico (Au)), assim como mostra a semirreação abaixo:

– Semirreação do nodo: Au >>> Au3++ 3e-

Neste cátodo acontecerá a redução do cátion Au3+ e a deposição de ouro sobre o anel, que então ficará dourado:

– Semirreação do Cátodo: Au3++ 3e- >>> Au

Ao somarmos as duas semirreações, chegamos a um resultado que mais uma vez é igual a zero – pelo mesmo motivo que foi explicado antes:

– Semirreação do nodo: Au >>> Au3++ 3e-

– Semirreação do Cátodo: Au3++ 3e- >>> Au

A Reação Global, então, é Zero.