Eletrólise
Eletrólise é toda reação de oxirredução não espontânea que ocorre pela passagem da corrente elétrica. É uma reação oposta à da descarga de uma pilha.
O mecanismo da eletrólise consiste na neutralização dos íons junto aos pólos para os quais são atraídos. A neutralização dos íons negativos ocorre com perda de elétrons; e dos íons positivos, com ganho de elétrons.
Como funciona
Como sabemos, precisamos de uma fonte de energia para forçar o fluxo de corrente elétrica, uma vez que a eletrólise não é um processo espontâneo. São usadas fontes de alimentação para fornecer a corrente elétrica do processo, também podemos utilizar uma pilha como fonte de alimentação.
A fonte de alimentação irá forçar os elétrons do polo positivo (ânodo) da cuba eletrolítica (nome dado ao recipiente onde ocorre a eletrólise) e os transfere para o polo negativo (cátodo).
Na primeira semi reação o gerador atrai ânions A- para o polo positivo e retira elétrons. Na segunda semi reação o gerador faz com que os cátions B+ recebam os elétrons. Desse modo existe fluxo de corrente elétrica. Observe a imagem ao lado.
O polo positivo da fonte de alimentação, descrita como Gerador na imagem é chamado, na eletrólise, de Ânodo e o negativo, de Cátodo. Lembrando que o fluxo da corrente é representado como o real, do negativo para o positivo.
Os ânions A- se concentram no polo positivo da bateria, pois a fonte forçará a perda de elétrons. E os cátions B+ se concentram no polo negativo da bateria, pois a fonte lhes transferirá elétrons.
No caso de eletrólise aquosa, participam da reação a substância dissolvida e a água, sendo que apenas um cátion e um ânion sofrerão as descargas do eletrodo. Mais a frente definiremos as prioridades de descarga dos elementos.
No caso da eletrólise ígnea, a passagem de corrente elétrica se dá em uma substância iônica fundida (liquefeita), esse tipo é muito utilizado em indústrias, principalmente para a produção de metais.
Eletrólise Solução Aquosa
Os processos de eletrólise se baseiam na passagem de uma corrente elétrica através de um sistema líquido que tenha íons presentes, gerando assim reações químicas. Em uma solução aquosa, devemos considerar não só os íons provenientes da solução, mas também os da água. Estes íons são os cátions H+ e ânions OH- resultantes da auto-ionização da água. Veja a demonstração:
CA → C+ + A-
H20 → H+ + OH-
Mas como é feita a Eletrólise? O material, antes de ser eletrolisado, é dissolvido na água. Por exemplo, na eletrólise em solução aquosa do NaNO3, obtemos:
• gás hidrogênio (H2) no cátodo, evidência de que a água (H2O) sofreu redução; o cátion Na+ fica dissolvido na água e não sofre redução.
• gás oxigênio (O2) no ânodo, evidência de que a água (H2O) sofreu oxidação; o ânion NO3- fica dissolvido na água e não sofre oxidação.
A redução da água pode ser explicada com a utilização do seguinte mecanismo:
Oxidação da água (ânodo)
A oxidação da água pode ser explicada com a utilização do seguinte mecanismo:
Eletrólise Ígnea
Um outro tipo de eletrólise é a ígnea, cujo processo ocorre em material fundido, sendo muito utilizada para obter metais a partir da fusão de seus minérios. Esse processo de redução consome grandes quantidades de energia.
Um dos metais que requerem maior quantidade de energia é o alumínio, presente no minério bauxita(Al2O3). Por isso, apesar de ser o metal mais abundante na crosta terrestre, somente em 1886 o francês Paul Toussaint Hall(1863-1914) propuseram, de forma independe, um método de obteção do metal por meio de um processo industrial de eletrólise.
Ao passar uma corrente elétrica por uma solução, de óxido de alumínio em criolita fundida(Na3Alf6) obtêm-se alumínio fundido e oxigênio.
" A produção de alumínio por eletrólise consome grande quantidade de eletrodos de carbono, oxidados pelo oxigênio e formando dióxido de carbono, além de enorme quantidade de energia, cerca de 800kwhm-³. Para baixar a temperatura de fusão do minério, adiciona-se criolita."
Com a diminuição dos custos de produção, o alumínio passou a ser utilizado em larga escala na nossa sociedade.
Outro metal obtido por eletrólise ígnea é o sódio, por meio da eletrólise do cloreto de sódio fundido. O sódio metálico é utilizado em laborátorios químicos e na confecção de lâmpadas de sódio, empregadas em iluminação pública por serem mais eficientes e econômicas do que as de mercúrio.
Outro produto obtido pela eletrólise do cloreto de sódio é o gás cloro, muito importante industrialmente. O grande detalhe é que o processo deve ser realizado de forma que esses produtos não se encontrem, pois podem reagir violentamente.
Na eletrólise do cloreto de sódio fundido utiliza-se a célula de Downs para que os produtos-sódio e cloro- não entrem em contato. Sem esse cuidado, eles podem reagir violentamente.