Eletroquímica: eletrólise
Essa é a segunda parte do nosso conteúdo de Eletroquímica. A primeira parte estudada são as células galvânicas e seu funcionamento. Agora, vamos ver o processo de eletrólise, que também é baseado em reações de oxirredução.
As células galvânicas são baseadas em um processo espontâneo de oxirredução que produz energia elétrica. A eletrólise é justamente o contrário: a passagem de uma corrente elétrica por um composto força a reação química a ocorrer no sentido forçado.
A eletrólise ígnea ocorre em compostos iônicos fundidos, enquanto a eletrólise aquosa se dá com o composto iônico em meio aquoso. A última é, normalmente, a mais estudada.
Para estudar a eletrólise aquosa, é bom relembrar os conceitos de ânodo e cátodo de células eletrolíticas. O ânodo é o eletrodo onde ocorre a oxidação (ganho de elétrons). Ao contrário das pilhas, no processo de eletrólise o ânodo é o polo positivos. O cátodo é o eletrodo no qual ocorre a redução (perda de elétrons). Da mesma forma, ele é o polo negativo.
Nesse processo, precisamos de uma fonte de energia ou gerador, que são as pilhas ou, em caso de necessidade de maiores voltagens, as baterias. É delas que vai sair a corrente elétrica.
Outro ponto importante é considerar que vamos trabalhar com água pura, e que a própria água tem a sua ionização: os íons H^+ e OH^-. Esse cátion e esse ânion devem sempre ser considerados para a escrita correta do processo de uma eletrólise.
Vamos começar com um exemplo bem simples: a eletrólise aquosa do NaCl. Esquematicamente, o experimento deve ser mais ou menos assim:
O primeiro passo será equacionar as reações de dissolução do cloreto de sódio e a auto-ionização da água.
O próximo passo é perceber o fluxo desses íons. Pelo que sabemos do ânodo e do cátodo, a conclusão é de que os ânions migram para o ânodo e os cátions migram para o cátodo.
Nessa parte, há uma competição para saber quem será descarregado. Para isso, temos uma tabela:
Assim, no cátodo ocorre descarga do cátion hidrônio, pois o sódio é um metal alcalino e tem menos facilidade na hora da descarga. No ânodo ocorre a descarga do íon cloreto, pois é um ânion não oxigenado e tem mais facilidade de descarga do que o ânion hidroxila. Assim, temos:
Portanto, no cátodo haverá a formação de hidrogênio gasoso, enquanto no ânodo ocorrerá a formação de gás cloro. Note que o que sobrou foram os íons sódio e hidroxila, que formam o hidróxido de sódio (NaOH), sendo um dos processos para sua obtenção. Assim, ao final desse processo, a solução restante terá caráter básico. Essa é uma das possíveis perguntas para as provas.
A reação global será dada por:
Via de regra, quanto mais íons hidrônio soltos na solução, mais ácida ela será, enquanto que quanto maior for a quantidade de íons hidroxila, mais básica será a solução.
A eletrólise ígnea consiste em fundir o composto. Continuando com o NaCl, a fusão ocorre em altas temperaturas, em torno de 800°C. Em uma cuba eletrolítica, o material passa por uma corrente elétrica. Nesse processo, não há água e, portanto, não precisamos considerar a auto-ionização da água. As reações são mais simples e, para chegar à reação global, o caminho é mais fácil.
Os produtos dessa reação serão o sódio metálico e o gás cloro, bem diferente dos produtos obtidos pela eletrólise aquosa. Dessa forma, na indústria, o processo a ser escolhido é fundamental para se obter o resultado desejado.
Texto e imagens por Giovana Bagnara Luisi
Estudante de Química
Referências:
ATKINS, Peter; JONES, Loretta. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2012. 1026 p. Tradução técnica: Ricardo Bicca Alencastro.
NAHAS, Mathes. Química. São Paulo: Ftd, 2017. 22 v. (Sistema Marista de Educação).
(TITO), Francisco Miragaia Peruzzo; CANTO, Eduardo Leite do. Química: na abordagem do cotidiano. 3. ed. São Paulo: Moderna, 2007. 760 p.