Planejativo

Eletrólise aquosa

Entalpia

Lei de Hess

Entalpia de Ligação

Soluções: classificação e solubilidade

Unidades de concentração

Diluição de soluções

Mistura de soluções

Cinética química: Visão geral

Cinética química: Velocidade média e Lei da velocidade

Noções e cálculos de equilíbrio químico

Deslocamento de equilíbrio

Equilíbrio iônico da água, pH e pOH

Hidrólise de sais

Equilíbrio iônico e Produto de Solubilidade (Kps)

Soluções tampão e Titulação

Número de oxidação (NOX)

Reações e Balanceamento por oxirredução

Pilhas

Eletrólise ígnea

Eletrólise com eletrodos reativos

Estequiometria da eletrólise

Propriedades coligativas

Coloides

Alguns pontos-chave dessa matéria para o ENEM que devem ser levados em conta ao estudarmos são:

A eletrólise em meio aquoso é um processo eletroquímico em que a energia elétrica é usada para promover reações químicas em soluções aquosas contendo íons. Essa técnica tem aplicações importantes na indústria, como a produção de substâncias químicas, a purificação de metais e o tratamento de águas residuais. Compreender a eletrólise em meio aquoso é fundamental para estudar processos e aplicações industriais relacionados à eletrólise.

Diferentemente da eletrólise ígnea, a eletrólise em meio aquoso ocorre em soluções aquosas, ou seja, com a presença de água. Isso torna o processo mais complexo, pois a água pode participar das reações de oxidação e redução, competindo com os íons dissolvidos.

As aplicações da eletrólise em meio aquoso são variadas. Algumas delas incluem a produção de substâncias como cloro e hidrogênio a partir da eletrólise da água salina, a produção de alumínio a partir da eletrólise da bauxita e a purificação de metais, como o cobre.

Para realizar a eletrólise em meio aquoso, é necessário ter:

Componentes de uma célula eletrolítica para realizar a eletrólise em meio aquoso. Fonte: 

Na eletrólise em meio aquoso, as reações de oxidação ocorrem no ânodo (polo positivo) e as reações de redução no cátodo (polo negativo). A água pode ser oxidada ou reduzida, formando gás oxigênio ou gás hidrogênio, respectivamente.

É importante lembrar que, em uma eletrólise em meio aquoso, a água e os íons dissolvidos podem competir pelas reações de oxidação e redução. Para determinar quais reações ocorrem, é necessário considerar os potenciais de redução dos íons e da água.

Em resumo, a eletrólise em meio aquoso é um processo importante e versátil, com aplicações significativas na indústria e na pesquisa. Compreender os princípios e requisitos desse processo é essencial para explorar suas aplicações e aprimorar as técnicas eletroquímicas.

a) O que acontece durante a eletrólise em meio aquoso?

Quando dissolvemos um soluto iônico, como um sal, na água, ele se dissocia, liberando cátions e ânions. Por exemplo, a dissociação do cloreto de sódio em água pode ser representada pela seguinte equação:

O cloreto de sódio libera o cátion sódio (Na⁺) e o ânion cloreto (Cl⁻).

A água, por si só, sofre autoionização, produzindo o cátion hidrônio (H⁺) e o ânion hidróxido (OH⁻), como mostrado na equação abaixo:

Isso resulta em dois cátions e dois ânions na solução.

Com a dissolução do soluto e a autoionização da água, o meio eletrolítico contém os cátions hidrônio e sódio, e os ânions cloreto e hidróxido. No entanto, apenas um cátion e um ânion são afetados pela descarga.

Para determinar qual íon é afetado pela descarga, devemos seguir a ordem decrescente de descarga para cátions e ânions, conforme listado abaixo:

Qualquer outro metal > H⁺ > metais das famílias IA, IIA ou IIIA

Ânions sem oxigênio > OH⁻ > F⁻ ou qualquer ânion com oxigênio

Quando a fonte de energia elétrica é ligada, os elétrons chegam ao cátodo (polo negativo) e os cátions presentes na solução se dirigem ao cátodo para receber esses elétrons, formando um metal estável, como descrito na equação abaixo:

No caso da eletrólise do cloreto de sódio, os cátions presentes na solução são o hidrônio e o sódio (família IA). Como o hidrônio tem prioridade de descarga, ele receberá os elétrons, ou seja, sofrerá redução, conforme mostrado na equação abaixo:

Nota: A equação deve ser balanceada, pois são necessários dois hidrônios e dois elétrons para formar H₂.

Durante a eletrólise, enquanto os cátions sofrem redução, os ânions sofrem oxidação (perda de elétrons) no ânodo, facilitando o fluxo de elétrons no circuito da eletrólise. Como resultado, o ânion sempre forma uma substância simples.

No caso da eletrólise em meio aquoso do cloreto de sódio, o ânion com prioridade de descarga é o cloro, pois é um ânion não oxigenado. Ele se transforma na substância simples gás cloro, conforme mostrado na equação a seguir:

Observação: para formar o gás cloro, são necessários dois ânions cloreto, o que libera, consequentemente, dois elétrons.

Em uma eletrólise em meio aquoso, sempre teremos quatro etapas:

A combinação de todas essas etapas resulta na equação global que representa a eletrólise. No caso da eletrólise em meio aquoso do cloreto de sódio, temos as seguintes equações:

Ao eliminar os itens que se repetem nos produtos de uma equação com os reagentes de outra equação, chegamos à equação geral dessa eletrólise.

Equação geral: 2NaCl(aq) + 2H₂O(L) → 2Na⁺(aq) + 2OH⁻(aq) + H₂(g) + Cl₂(g)

Na eletrólise em meio aquoso do cloreto de sódio, além da produção dos gases cloro e hidrogênio, também ocorre a formação de hidróxido de sódio, uma vez que a equação global inclui ânion hidróxido (OH⁻) e cátions sódio (Na⁺).

A descarga seletiva de cátions e ânions ocorre durante a eletrólise em meio aquoso. Neste processo, alguns íons têm preferência na hora de sofrer redução ou oxidação, ou seja, serem descarregados nos eletrodos.

A descarga seletiva depende de alguns fatores como:

Para determinar qual cátion ou ânion será descarregado, é útil seguir a ordem decrescente de preferência de descarga:

Outros metais > H⁺ > metais das famílias IA, IIA ou IIIA

Suponha que temos uma solução aquosa de cloreto de sódio (NaCl). As semirreações envolvidas na eletrólise incluem:

Na solução, temos os cátions Na⁺ e H⁺ e os ânions Cl⁻ e OH⁻. Para determinar quais íons serão descarregados, usamos a ordem de preferência de descarga mencionada acima.

No polo negativo (cátodo), onde ocorre a redução, teremos: 2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g)

No polo positivo (ânodo), onde ocorre a oxidação, teremos: 2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻

Aqui, o H⁺ e Cl⁻ são descarregados seletivamente, levando à formação de H₂(g) e Cl₂(g), respectivamente. A descarga seletiva de cátions e ânions é fundamental para prever os produtos da eletrólise em meio aquoso.