02/10/2017 ELETRÓLISE AQUOSA

Transcrição

1 ELETRÓLISE AQUOSA Ocorre quando um eletrólito é dissolvido em água (havendo ionização ou dissociação do mesmo), além dos seus íons, devemos considerar a ionização da própria água. 1

2 Experimentalmente, observa-se que, na eletrólise aquosa, apenas um tipo de cátion é atraído por vez no cátodo, e, enquanto ele estiver presente na solução, nenhuma outra espécie será atraída. O mesmo ocorre em relação aos ânions no ânodo. Para determinar qual íon chegará primeiro no cátodo e no ânodo, deve-se analisar a fila de tensão eletrolíticas. ELETRÓLISE AQUOSA DO CLORETO DE SÓDIO Na solução, temos: 2

3 Somando as quatro equações, temos a reação global do processo: A eletrólise do NaCl (aq) é um processo que permite obter soda cáustica (NaOH), gás hidrogênio (H 2 ) e gás cloro (Cl 2 ). Note que a presença de OH na solução final da eletrólise caracteriza soluções básicas. PURIFICAÇÃO DE METAIS Eletrólise do cobre O cobre se apresenta na natureza na formada de minérios como: alcocitas (Cu 2 S), calcopiritas (CuFeS 2 ) ou piritas de cobre, cuprita (Cu 2 O) e a malaquita (CuCo 3.Cu(OH) 2 ). Calcopiritas Cuprita Malaquita 3

4 O cobre impuro, passa por um processo de refino (chegando a 98% de pureza) e então é moldado e resfriado sendo usado como ânodo em uma célula eletrolítica contendo solução aquosa de sulfato de cobre eletrolítico. O eletrodo negativo (cátodo) é uma placa de cobre de alta pureza (98%), enquanto o eletrodo positivo (ânodo) é uma placa de cobre metalúrgico ou eletrolítico (99,9%), isto é, que contém pequenas quantidades de impurezas, principalmente ferro e zinco, mas também pode conter ouro, prata e platina. 4

5 No ânodo (polo positivo), há a retirada de elétrons (descarga) do próprio cobre metálico impuro: Reação anódica (oxidação): Cu (s) Cu 2+ (aq) + 2e- No cátodo (polo negativo), há o fornecimento de elétrons (descarga) para os cátions Cu 2+ (aq). Reação catódica (redução): Cu 2+ (aq) + 2e- Cu 0 (s) Isso significa que a placa de cobre impuro se dissolve, sendo que seus cátions Cu 2+ se transferem para a solução e são atraídos pela placa de cobre puro, depositando-se sobre ela. 5

6 Enquanto isso, os cátions das impurezas menos nobres que o cobre, tais como o zinco e o ferro, Zn 2+ e Fe 2+, não conseguem se reduzir no cátodo porque seu potencial de redução é bem inferior ao dos cátions Cu 2+ e, por isso, ficam em solução. Já os cátions das impurezas mais nobres que o cobre, tais como ouro, prata e platina, não se oxidam no ânodo e se depositam no fundo do recipiente. 6

7 No cátodo, então, é obtido um cobre com alto teor de pureza. Esse é o procedimento realizado para purificar o cobre metalúrgico, visto que o cobre precisa ter pureza de 99,9% para ser usado, por exemplo, em fios que conduzem energia elétrica. Somando-se as duas semirreações que ocorrem nos eletrodos, temos: Semirreação do ânodo: Cu 0 (s) Cu 2+ (aq) + 2e- Semirreação do cátodo: Cu 2+ (aq) + 2e- Cu 0 (s) Reação Global: Zero O resultado foi zero porque só houve um transporte de cobre da placa impura para a pura, mas não houve transformação química. 7

8 GALVANIZAÇÃO É um processo de revestimento de um metal por outro a fim de protegê-lo contra a corrosão ou melhorar sua aparência. A galvanização é um processo de revestimento de superfícies por meio da eletrólise onde o metal a ser revestido funciona como cátodo e o metal que irá revestir a peça funciona como o ânodo (também pode ser utilizado como ânodo algum material inerte). A solução eletrolítica deve conter um sal composto por cátions do metal que se deseja revestir a peça. 8

9 Eletrodeposição de ouro: O anel é o cátodo do sistema, enquanto uma barra feita de ouro é o ânodo. Os dois estão mergulhados em uma solução de nitrato de ouro III [Au(NO 3)3 ]. No ânodo, haverá oxidação do ouro, e a placa começa a sofrer dissolução: Au Au e-. No cátodo, haverá redução do Au +3 e a deposição do ouro metálico formado nessa redução sobre o anel: Au e- Au. ESTEQUIOMETRIA DA ELETRÓLISE Em 1834, baseado em resultados experimentais, Faraday observou que a massa (metal são depositados no estado sólido) produzida durante a eletrólise era proporcional à corrente elétrica. Portanto o número de elétrons do circuito depende da corrente elétrica. 9

10 Uma peça de bijuteria recebeu um banho de prata (prateação) por um processo eletrolítico. Sabendo que nessa deposição o Ag + se reduz a Ag e a quantidade de carga envolvida no processo foi de 0,01 Faraday, qual é a massa de prata depositada? (Massa molar: Ag = 108 g/mol). Se considerarmos que uma quantidade de carga igual a 9650 C é responsável pela deposição de cobre quando é feita uma eletrólise de CuSO 4 (aq), qual será a massa de cobre depositada? (Massa molar: Cu = 64 g/mol). 10

11 Numa pilha antiga de flash, o eletrólito está contido numa lata de zinco que funciona como um dos eletrodos. Que massa de Zn é oxidada a Zn +2 durante a descarga desse tipo de pilha, por um período de 30 minutos, envolvendo uma corrente de 5, A? (Massa molar: Zn = 65 g/mol). ELETRÓLISE EM SÉRIE A eletrólise em série é feita por conectar os eletrodos de várias cubas eletrolíticas de forma intercalada (o cátodo de uma cuba eletrolítica liga-se ao ânodo da outra cuba eletrolítica e assim sucessivamente). A corrente elétrica é proveniente de um único gerador. 11