Eletroquímica (II)
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Eletroquímica (II)
ELETRÓLISE
Ao contrário das pilhas, a eletrólise é um processo
não espontâneo.
ELETRÓLISE
Na eletrólise ocorre uma reação de oxi-redução não espontânea que consome corrente elétrica de uma bateria ligada ao sistema.
ELETRÓLISE
ELETRÓLISE X PILHA
1. ÂNODO a) Na pilha fornece elétrons, sinal (-); b) Na eletrólise recebe elétrons dos ânions do eletrólito, sinal (+).
2. CÁTODO
a) Na pilha recebe elétrons, sinal (+); b) Na Eletrólise fornece elétrons dos cátions do eletrólito, sinal (-).
ELETRÓLISE ÍGNEA
É o processo de decomposição de uma
substância iônica fundida por meio da passagem de
corrente elétrica.
ELETRÓLISE ÍGNEA
A eletrólise ígnea exige eletrodos inertes que possuam elevado ponto de fusão. Geralmente são usados a platina ou grafita.
A eletrólise do NaCℓ é um processo economicamente importante. O NaCℓ se funde à temperatura de 808 ºC.
NaCℓ(sólido) NaCℓ (líquido)
Ocorre, então, dissociação ...
NaCℓ Na1+ + Cℓ1-
ELETRÓLISE ÍGNEA
Os íons Cℓ1- se dirigem para o ânodo (pólo positivo), perdem seus elétrons e são transformados em gás cloro, Cℓ2 .
2 Cℓ1- Cℓ2 + 2e- (oxidação)
Os íons Na1+ se dirigem para o cátodo (pólo negativo), recebem um elétron e são transformados em sódio metálico (Na0).
* 2Na1+ + 2 e- 2 Na0 (redução)
*Duplica-se para igualar o número de elétrons na redução e na oxidação.
ELETRÓLISE ÍGNEA
Considerando-se . . .
2 NaCℓ(l) 2 Na1+(l)
+ 2 Cℓ1-(l)
2 Cℓ1-(l) Cℓ2(g) + 2 e- (oxidação)
2 Na1+(l) + 2 e- 2 Na0
(l) (redução)
A equação global da eletrólise é . . .
2 NaCℓ(l) Cℓ2(g) + 2 Na0(l)
No processo de eletrólise aquosa os íons em solução irão competir entre si para
descarregarem.
A+x
H+1 OH-1
B-y
(-) (+)
cátodo ânodo
e-e-
Fluxo de elétrons(corrente contínua)
ELETRÓLISE EM SOLUÇÃO AQUOSA
Na+
H+1 OH-1
Cℓ -
(-) (+)
cátodo ânodo
e-e-No caso da solução de NaCℓ
existem íons Na+ e Cℓ–, provenientes da
dissociação do sal, e H+ e OH–, provenientes da
auto-ionização da água.
ELETRÓLISE DE NaCℓ(aq)
ELETRÓLISE DE NaCℓ(aq)
Tanto a água quanto o cloreto de sódio podem ionizar . . .
H2O(aq) → H+(aq) + OH -
(aq)
ou ...
NaCℓ (aq) → Na+(aq) + Cℓ -(aq)
ELETRÓLISE DE NaCℓ(aq)
Significa que temos teremos uma competição . . .
H2O(aq) → H+(aq) + OH -
(aq)
NaCℓ (aq) → Na+
(aq) + Cℓ -(aq)
Competição Competição
ELETRÓLISE DE NaCℓ(aq)
O que a experiência mostra?
O POLO NEGATIVO DESCARREGA EM PRIMEIRO LUGAR, O CÁTION DE REDUÇÃO MAIS FÁCIL
O POLO POSITIVO DESCARREGA EM PRIMEIRO LUGAR O ÂNION DE OXIDAÇÃO MAIS FÁCIL
ELETRÓLISE DE NaCℓ(aq)
Em igualdade de concentrações, o cátion "mais abaixo" DESCARREGA mais facilmente que cátions "mais acima" na tabela.
CÁTIONS DE METAIS ALCALINOS
CÁTIONS DE METAIS ALCALINOS TERROSOS
ALUMÍNIO Aℓ+3
HIDROGÊNIO H+
OUTROS METAIS COMO: Mn2+
Zn2+
Fe 2+
Pb 2+
METAIS NOBRES COMO: Cu 2+
Ag +
Hg 2+
Au 3+
ELETRÓLISE DE NaCℓ(aq)
Em igualdade de concentrações o ânion "mais acima" DESCARREGA mais facilmente do que ânion "mais abaixo".
Ânions não oxigenados como: Cℓ -, I -, S2-, HSO4
-
Ânions orgânicos como: R-COO –
OH - (hidróxido)
Ânions oxigenadas como : NO3-, SO4
2 - , PO4 3 -
F –
ELETRÓLISE DE NaCℓ(aq)
No ânodo onde ocorre a oxidação teremos:
2Cℓ -(aq) → Cℓ2 + 2e-
No cátodo onde ocorre redução teremos:
2e- + 2H+(aq) → H2
A reação global será:
NaCℓ(S) + H2O(l) → H2(g) + Cℓ2(g)+ Na+(aq)+ OH-
(aq)
No processo dessa eletrólise aquosa os íons em solução também irão competir entre si para descarregarem. No caso da solução de KI existem íons K+ e I–, provenientes da dissociação do sal,
e H+ e OH–, provenientes da auto-dissociação da água.
ELETRÓLISE do KI(aq)
ELETRÓLISE do KI(aq)
De forma semelhante, observando-se a
prioridade de descarga, na eletrólise do KI aquoso
há formação de H2(no cátodo) e I2(no ânodo) e liberação de Na+OH-(aq).
Experimento dos alunos Cassiane e Pedro.
ELETRÓLISE do NaOH(aq)
Por que, agora há liberação de H2(g) e O2(g)?
Qual a importância dessa reação, industrialmente?
Experimento das alunas Vitória e Gabriela.
ELETRÓLISE QUANTITIVA
Michael Faraday formulou duas leis que regem
o aspecto quantitativo da eletrólise
Michael Faraday(1791 — 1867)
ELETRÓLISE QUANTITIVA
A primeira lei de FARADAY
“A massa, “m”, de uma substância, formada ou transformada numa eletrólise, é diretamente proporcional à carga elétrica, Q,
que atravessa o circuito.”
m = K1.Q
ELETRÓLISE QUANTITIVA
Sabe-se (da Física) que . . .
Q = i . t
Substituindo na lei de Faraday, temos. . .
m = K1 . i . t
* i é a intensidade da corrente elétrica e t é o tempo de reação.
ELETRÓLISE QUANTITIVA
A segunda lei de FARADAY
“A massa, m, de uma substância, formada ou transformada numa eletrólise, é diretamente proporcional ao equivalente-grama, E,
dessa substância.”
m = K2.E
ELETRÓLISE QUANTITIVA
De forma semelhante ao raciocínio anterior . . .
Sabendo que m = K2.E
E que Q = i.t
Então . . .
m = K2.E.i.t
Associando as duas leis e considerando K=1/96500 teremos . . .
ELETRÓLISE QUANTITIVA
Constante de Faraday = 96500 C, ou seja, quantidade de carga elétrica transportada por 1 mol de elétrons (6,02 x 1023 elétrons).
ELETRÓLISE QUANTITIVA: EXEMPLIFICANDO
Uma solução de cloreto de prata é eletrolisada durante 965 segundos por uma corrente elétrica de 1 ampère (A).Qual a
massa de prata depositada no cátodo?
Dado da tabela periódica: Ag = 108 g / mol
*Um mol de elétrons transferidos pela Ag.
1.ª parte
ELETRÓLISE QUANTITIVA
Uma solução de cloreto de prata é eletrolisada durante 965 segundos por uma corrente elétrica de 1 ampère (A).Qual a
massa de prata depositada no cátodo?
Dado da tabela periódica: Ag = 108 g / mol
2.ª parte
*C = A . s
F I M
Colégio INEDIProf. Luiz Antônio Tomaz