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Eletroquímica: Celas Eletrolíticas
Disciplina: Química
Professor: Rubens Barreto
IV Unidade
Celas Eletrolíticas
A eletrólise é uma reação de oxirredução não
espontânea que é iniciada pela passagem de
corrente elétrica em um meio em que os íons
estejam livres.
Isso pode ser conseguido por meio da fusão de
substâncias iônicas (eletrólise ígnea) ou sendo feita
em meio aquoso (eletrólise aquosa).
Nomenclatura
No pólo negativo (cátodo)
os cátions
recebem elétrons
(sofrem redução)
e descarregam.
No pólo positivo (ânodo)
os ânions
perdem elétrons
(sofrem oxidação)
e descarregam.
Fenômenos inversos
Pilha:
2Na0 + Cl2  2Na+ + ClE° = + 4,07 V
Reação espontânea
Eletrólise:
2Na+ + Cl-  2Na0 + Cl2
E° = - 4,07 V
Reação não espontânea
Eletrólise ígnea
Eletrólise ígnea
Eletrólise em solução aquosa
Quando se faz a eletrólise de uma solução aquosa é preciso
investigar se a oxidação ou a redução ocorre com a água ou com
o soluto.
A água pode ser oxidada (gerando O2) ou reduzida (gerando H2).
H2O (l)  H+(aq) + OH-(aq)
Íons provenientes da
auto ionização da água
Na eletrólise aquosa, os íons H+, provenientes da água irão
competir com os cátions provenientes da substância dissolvida
(eletrólito).
Descarga dos íons H+ no cátodo:
2H+(aq) + 2 e-  H2 (g)
Por outro lado, os íons OH-, irão competir com os ânions do
eletrólito
Descarga dos íons OH- no ânion:
4OH-(aq)  O2 + 2H2O (l) + 4 e-
E numa reação como saber quem terá maior
tendência de reagir no cátodo ou no ânodo?
Algumas equações da eletrólise aquosa
semirreação
semirreação
1ª
2ª
3ª
3ª
Aplicações da eletrólise
Em laboratórios, é comum o uso de eletrólises em processos de
análise química — por exemplo, quando avaliamos a quantidade
de um certo cátion existente em uma solução, eletrolisando e
pesando o metal resultante que fica depositado no catodo.
As aplicações industriais dos processos eletroquímicos são
também muito importantes, apesar do grande problema
representado pelo alto consumo de energia elétrica, além dos
riscos ambientais do processo.
1. produção de elementos químicos de alta reatividade — que, por isso mesmo, não
podem ser obtidos por reações químicas comuns —, tais como metais alcalinos (Na e
K), metais alcalinos terrosos (Ca e Mg), alumínio, halogênios (F2 e Cl2), etc.;
A eletrólise ígnea do Al2O3, por exemplo, é uma das mais importantes atualmente;
nessa reação, o Al2O3 é fundido com auxílio da criolita (3NaF.AlF3) e produz alumínio
metálico, segundo a reação
2Al2O3  4 Al + 3O2
2) A produção de compostos químicos de grande importância
comercial, como NaOH, H2O2, etc.
3) A purificação ou refino eletrolítico de vários metais, como o
cobre, o zinco, o chumbo, etc.
4) Os processos de eletrodeposição de metais (galvanização),
como a niquelagem, a cromagem, a prateação, a douração, etc.
(é interessante notar que, atualmente, não só peças metálicas
mas também peças de plástico podem ser cromadas, sendo
usadas como grades, emblemas e calotas em automóveis, como
peças de geladeiras e aparelhos de som, etc.).
5) Os processos de anodização, que consistem em uma
“oxidação forçada” da superfície de um metal, de modo a
aumentar sua resistência à corrosão.
O exemplo é a que se faz com o alumínio. A peça de alumínio a
ser anodizada é colocada como anodo (polo positivo) em uma
célula eletrolítica contendo solução aquosa diluída de H2SO4.
Com a passagem da corrente elétrica, teremos, no anodo, a
reação:
2 OH-  H2O + ½ O2 + 2 eO oxigênio assim formado irá oxidar a superfície da peça de
alumínio, anodizando-a.
Adicionando-se corantes especiais à solução eletrolítica,
inclusive, é possível colorir a peça de alumínio,
como é feito, por exemplo, na fabricação de
tampas e panelas coloridas.
Noções de Metalurgia
Estudo e gerenciamento dos metais desde sua extração do
subsolo até sua transformação em produtos adequados ao uso.
Metalurgia designa um conjunto de procedimentos e técnicas
para extração, fabricação, fundição e tratamento dos metais e
suas ligas.
Na superfície da Terra há uma imensa variedade de substância
formadas ao longo de milhares de anos pela natureza não-viva.
Essas substâncias são chamadas de minerais.
Grande parte dos minerais contém metais em sua composição
química. Às vezes, dependendo da composição química e da
abundância do mineral, é possível a extração desses metais.
O minério é uma rocha que contém grande quantidade de um
elemento químico livre ou combinado com outro elemento.
Uma rocha é considerada minério quando tem importância
econômica, o que depende da concentração e da viabilidade
econômica de extração de uma substância de interesse.
Representação das principais etapas da metalurgia
Os metais possuem, de um modo geral alta tendência a doar
elétrons. Eles frequentemente são encontrados em seus
minérios com número de oxidação positivo, e para que se possa
obter o metal a partir do minério, é necessário que ele sofra
uma REDUÇÃO.
Semirreação
Estequiometria das reações eletroquímicas
É possível prever a massa de substância formada em uma
eletrólise em função do tempo e da corrente elétrica empregada
no processo?
E prever o desgaste de um eletrodo de pilha na medida em que
ela é usada para gerar corrente ?
Carga elétrica (Q)
Unidade no SI: coulomb (C)
A carga de um elétron é – 1,6 . 10-19 C e a do próton + 1,6 . 10-19
Corrente elétrica (i)
Carga elétrica que atravessa a seção transversal de um circuito
dividida pelo intervalo de tempo.
Unidade no SI: ampére, (A).
Dizer que uma corrente de 1A passa por um circuito, significa
dizer que a carga de 1 C passa por ele num intervalo de 1 s.
Q = i . T
Assim usando-se um amperímetro e um cronometro, pode-se
determinar a carga elétrica que sai de um eletrodo, ou que
chega a ele, durante uma eletrólise.
A constante de Faraday
Faraday, em 1834,
eletrólises:
verificou experimentalmente que, nas
A massa da substância eletrolisada é diretamente
proporcional à quantidade de eletricidade que atravessa a
solução.
Lei de
Faraday
Esse valor, geralmente é arredondado para 96.500
coulomb/mol, e é chamado constante de Faraday (F).
Aplicações da lei de Faraday:
1° exemplo (pilha):
Qual é a quantidade de eletricidade obtida em uma pilha de
Daniell pela oxidação de 0,2612 g de zinco? (Massa atômica do
Zn = 65,3.) E qual é a intensidade da corrente produzida,
sabendo-se que a pilha funcionou durante 25 minutos e 44
segundos?
O intervalo de tempo dado (25 minutos e 44 segundos)
corresponde a:
Δt = 25 . 60 + 44 = 1.544 s
A intensidade da corrente que foi pedida:
2o exemplo
Calcule a massa de cobre metálico depositada por uma
corrente elétrica de 1,93 A que atravessa uma solução de
sulfato cúprico durante 10 minutos (massa atômica do Cu =
63,5).
Resolução:
Sua vez...
01) Numa célula eletrolítica contendo solução aquosa de nitrato de
prata flui uma corrente elétrica de 5,0 A durante 9650 segundos.
Nessa experiência, quantos gramas de prata metálica são
obtidos?
Ag +
i = 5,0 A
+ 1 e–

Ag (s)
t = 9650 s
m=?
m =
5
x
9650
96500
x
1 molC
96500
ou
5 x 9650 C
96500 C
108
=
5211000
96500
1108
molg
ou
mg
108 g
m = 54,0 g
02) Eletrolisa-se uma solução de CuCl2, durante 32 minutos, com uma
corrente de 5A, obtém-se nas CNTP, o cloro num volume em mL, de:
t = 32 min = 1920 s
i = 5,0 A
2 Cl –
V = ? mL
2
V =
5
x
1920
2
x
x
22,4
96500
=
215040
193000
V = 1,114 L ou 1114 mL
-
2 e –
2 molC
96500
ou
5 x 1920 C
2 x 96500 C
x

Cl2 (g)
122,4
molL
ou
V
22,4 L
04) A corrente elétrica necessária para depositar 10,8 g de prata
através da eletrólise de uma solução de nitrato de prata durante
5 minutos é de:
i=?A
m = 10,8 g
t = 5 min = 300 s
Ag +
+ 1 e–

1 molC
96500
ou
i x 300 C
96500 C
i =
96500
300
x
x
10,8
108
i = 32,16 A
Ag (s)
1108
molg
ou g
10,8
108 g