Você sabia que a eletrólise é capaz de facilitar a decomposição de substâncias? Aqui você aprenderá mais sobre o processo de eletrólise, além de exemplos de uso do processo na indústria e que influenciam no seu cotidiano diretamente.

O que é eletrólise?

Você já ouviu falar do termo minério de cobre? E quanto ao minério de ferro? Os depósitos de minério encontrados nas profundezas da Terra contêm uma grande variedade de metais e minerais altamente valorizados pelas indústrias de comércio e manufatura. Os metais cobre e ferro são separados dos depósitos de minério. Agora, você pode estar se perguntando, como você pode extrair um metal, como o cobre, de uma rocha como o minério? Ótima pergunta! A resposta é usando um processo fascinante chamado eletrólise.

Eletrólise é o processo químico de usar uma corrente elétrica para estimular reações não espontâneas. Uma reação não espontânea é aquela que precisa de energia para funcionar enquanto prossegue. Em outras palavras, o processo não aconteceria por conta própria, uma vez que segue em uma direção desfavorável ou invertida.

Usos importantes incluem o seu papel na separação de metais de uma fonte natural, como o minério de cobre. Outros benefícios úteis para a eletrólise incluem a purificação de metais e a decomposição de compostos como a água.

O local onde ocorre a eletrólise é em uma célula eletrolítica, que é um tipo de célula eletroquímica que aciona uma corrente elétrica usando uma reação não espontânea. Então, não como uma célula em seu corpo, mas como um recipiente. Assim, essas células devem ter uma fonte de energia para conduzir a reação na direção inversa ou oposta, como uma bateria. Tenha cuidado para não confundir uma célula eletrolítica com eletrólise. Lembre-se sempre de que o processo de eletrólise é realizado usando uma célula eletrolítica.

Resumo do processo de eletrólise

Eletrólise é a deposição química de um composto em seus elementos constituintes provocada por um fluxo de corrente elétrica. A corrente contínua é passada através do composto (o composto pode estar no estado fundido ou aquoso). A energia elétrica (da corrente contínua) é transformada em energia química (a decomposição do composto). Um exemplo comum é a eletrólise da água, onde a água se decompõe em hidrogênio e oxigênio.

O que é uma célula eletrolítica?

Principais componentes de uma célula eletrolítica: bateria, eletrólitos, eletrodos

O terminal positivo da bateria é conectado ao eletrodo positivo (ânodo) enquanto o terminal negativo da bateria é conectado ao eletrodo negativo (catodo).

Os eletrólitos são geralmente compostos de um composto iônico em solução ou estado fundido OU soluções aquosas de ácidos ou álcalis. Os eletrólitos conduzem eletricidade com decomposição nos eletrodos quando o fazem.

Os eletrólitos podem ser classificados em três categorias: não-eletrólitos, eletrólitos fracos e eletrólitos fortes.

Eletrólitos fortes: muitos íons para transportar as cargas de um eletrodo para o outro. Exemplos de eletrólitos fortes: Ácidos fortes ou álcalis (ácido sulfúrico, hidróxido de sódio aquoso), soluções salinas (cloreto de sódio aquoso)

Eletrólitos fracos: poucos íons para transportar as cargas de um eletrodo para o outro. Exemplos de eletrólitos fracos: ácidos ou bases fracas (ácido etanoico, amônia aquosa)

Não-eletrólitos: nenhum íon disponível para transportar as cargas de um eletrodo para o outro. Exemplos de não eletrólitos: Água pura, líquidos orgânicos ou solventes.

Os eletrodos são condutores através dos quais os elétrons entram e saem do eletrólito.

Ânodo é o eletrodo POSITIVO (+) do qual os elétrons deixam o eletrólito (ou a corrente elétrica entra no eletrólito)

Cátodo é o eletrodo NEGATIVO (-) do qual os elétrons entram no eletrólito (ou a corrente elétrica deixa o eletrólito)

Os eletrodos são normalmente constituídos de materiais inertes (que não participam de nenhuma reação redox), como carbono, platina, titânio ou aço inoxidável. (existem alguns casos em que os eletrodos sofrem reações redox durante a eletrólise).

Eletrólise e seu funcionamento

Entenda o processo químico da eletrólise e seus usos no cotidiano. (Foto: Pakistan Science Club)

O que acontece durante a eletrólise?

Íons negativos (ânions) são atraídos para o ânodo, enquanto os íons positivos (cátions) são atraídos para o cátodo.

Quando os íons atingirem seus respectivos eletrodos, eles serão descarregados. (Eles perdem ou ganham elétrons e formam átomos neutros)

Assim, no ânodo, os ânions são descarregados pela perda de elétrons; enquanto no cátodo, os cátions são descarregados através do ganho de elétrons.

Termos usados na eletrólise

Ânodo: eletrodo em uma célula eletrolítica através da qual os elétrons se movem do eletrólito para a bateria.

Catodo: eletrodo em uma célula eletrolítica através da qual os elétrons se movem da bateria para o eletrólito.

Eletrólito: qualquer substância que, quando dissolvida em água, conduz uma corrente elétrica.

Célula eletrolítica: sistema no qual a energia elétrica é usada para provocar mudanças químicas.

Galvanoplastia: processo que utiliza uma célula eletrolítica para depositar uma camada fina de metal em algum tipo de superfície.

Íon: qualquer partícula, como um átomo ou molécula, que carregue uma carga elétrica.

Como acontece o processo de eletrólise?

O equipamento usado para eletrólise de um composto consiste em três partes: uma fonte de corrente contínua (direta); dois eletrodos; e um eletrólito. Um arranjo comum consiste em uma bateria (a fonte de corrente) cujos dois pólos estão presos a duas tiras de metal de platina (os eletrodos), que são imersos em água à qual foram adicionadas algumas gotas de ácido sulfúrico (o eletrólito).

A eletrólise começa quando a corrente elétrica (um fluxo de elétrons) flui de um pólo da bateria para um eletrodo, o cátodo. Os íons de hidrogênio positivo (H +) no eletrólito captam os elétrons desse eletrodo e se tornam moléculas de hidrogênio neutras (H 2):

2 H + + 2 e – → H 2

As moléculas de hidrogênio são escritas como H2 porque sempre ocorrem como pares de átomos de hidrogênio. O mesmo é verdade para moléculas de oxigênio, O2.

À medida que a eletrólise da água ocorre, pode-se ver pequenas bolhas escapando do eletrólito no catodo. Estas são bolhas de gás hidrogênio.

Bolhas também podem ser vistas escapando do segundo eletrodo, o ânodo. O ânodo é conectado ao segundo polo da bateria, o polo através do qual os elétrons entram na bateria. Nesse eletrodo, os elétrons estão sendo retirados do eletrólito e retornados à bateria. Os elétrons vêm de íons de hidróxido carregados negativamente (OH -), que têm um excesso de elétrons. A reação do ânodo é um pouco mais complicada que a reação do cátodo, como mostrado por esta equação química:

4 OH – – 4 e – → O 2 + 2 H 2 O

Essencialmente, essa equação diz que os elétrons são retirados dos íons de hidróxido e o gás oxigênio é produzido na reação. O gás oxigênio se esvai no ânodo, enquanto a água extra formada fica para trás no eletrólito.

A reação geral que ocorre na eletrólise da água é agora óbvia. Os elétrons da bateria são dados aos íons de hidrogênio no eletrólito, transformando-os em gás hidrogênio. Os elétrons são retirados dos íons de hidróxido no eletrólito e transferidos para a bateria. Com o tempo, as moléculas de água são quebradas para formar moléculas de hidrogênio e oxigênio:

2 H 2 O → 2 H 2 + O 2

Aplicações comerciais da eletrólise e os tipos

A eletrólise é usada em diversas aplicações comerciais.

Preparando elementos

A eletrólise é usada para quebrar compostos que são muito estáveis. Por exemplo, o alumínio é um metal muito importante na sociedade moderna. Ele é usado em tudo, desde panelas e frigideiras a ônibus espaciais. Mas a principal fonte natural de alumínio, o óxido de alumínio, é um composto muito estável. Um composto que é estável é difícil de quebrar. Você não pode obter alumínio de óxido de alumínio apenas aquecendo o composto, pois você precisa de mais energia do que o calor pode fornecer.

O alumínio é preparado por um processo eletrolítico. Uma vez fundido, o óxido de alumínio forma íons de alumínio e oxigênio, que se comportam da mesma maneira que os íons de hidrogênio e hidróxido no exemplo anterior. O metal puro de alumínio é obtido no cátodo, enquanto o gás oxigênio é expelido pelo ânodo. Sódio, cloro e magnésio são outros três elementos obtidos comercialmente por um processo eletrolítico semelhante ao processo Hall.

Refino de cobre

A eletrólise pode ser usada para outras finalidades que não a preparação de elementos. Um exemplo é o refino de cobre. Cobre muito puro é freqüentemente exigido na fabricação de equipamentos elétricos. (Uma pureza de 99,999% não é incomum.) A maneira mais fácil de produzir um produto dessa pureza é com eletrólise.

Uma célula eletrolítica para refinar cobre contém cobre muito puro no cátodo, cobre impuro no ânodo e sulfato de cobre como eletrólito. Quando o ânodo e o cátodo estão conectados a uma bateria, os elétrons fluem para o cátodo, onde eles se combinam com íons de cobre (Cu 2+) no eletrólito:

Cu 2 + + 2 e – → Cu 0

Metal de cobre puro (Cu 0 na equação acima) é formado no cátodo.

No ânodo, os átomos de cobre (Cu 0) perdem elétrons e se tornam íons de cobre (Cu 2+) no eletrólito:

Cu 0 – 2 e – → Cu 2+

No geral, a única alteração que ocorre na célula é que os átomos de cobre do ânodo impuro se tornam íons de cobre no eletrólito. Esses íons de cobre são então depositados no cátodo. Quaisquer impurezas no ânodo são deixadas para trás, e cerca de 100% de cobre puro se acumula no cátodo.

Galvanoplastia

Outro uso importante de células eletrolíticas está na eletrodeposição de prata, ouro, cromo e níquel. Galvanoplastia produz um revestimento muito fino destes metais caros nas superfícies de metais mais baratos, dando-lhes a aparência e a resistência química dos mais caros.

No chapeamento de prata, o objeto a ser banhado (uma colher, por exemplo) é usado como cátodo. Uma barra de metal prateado é usada como ânodo. E o eletrólito é uma solução de cianeto de prata (AgCN). Quando esse arranjo é conectado a uma bateria, os elétrons fluem para o cátodo, onde se combinam com íons de prata (Ag +) do eletrólito para formar átomos de prata (Ag 0):

Ag + + 1 e – → Ag 0

Esses átomos de prata aparecem como uma fina camada no cátodo – neste caso, a colher. No ânodo, os átomos de prata abandonam os elétrons e se tornam íons de prata no eletrólito:

Ag 0 – 1 e – → Ag 0

A prata é, então, ciclada do ânodo para o eletrólito para o cátodo, onde é banhado.

Entenderam a eletrólise? Ficou alguma dúvida para começar seus estudos? Se ficou, basta deixar nos comentários suas perguntas!

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