Eletrólise aquosa

A eletrólise em meio aquoso é uma reação de oxirredução não espontânea que ocorre com pela passagem de corrente elétrica por meio de uma solução de íons dissolvidos em água. Para entendê-la bem, é importante saber o que é a eletrólise em sim. Acompanhe!

Veja também: O que é eletrólise ígnea?

O que é eletrólise e para que serve?

Eletrólise é o nome dado à reação química de oxirredução que ocorre provocada pela passagem de corrente elétrica. Essa reação pode acontecer de duas formas:  a eletrólise ígnea e a eletrólise em solução iônica aquosa. Sendo essa última de nosso interesse neste texto.

Nos dois tipos de eletrólise existem íons, a diferença é que, no primeiro tipo, o composto iônico é fundido e não possui água no processo, e, já no segundo, como o próprio nome diz, o composto iônico está dissolvido em água.

A eletrolise é um processo químico utilizado para a obtenção de elementos químicos (como metais, hidrogênio, berílio, cloro, entre outros), para o processo de galvanização, como cromagem e niquelagem, e também para a purificação eletrolítica de metais. Caso tenha curiosidade sobre esse tópico, leia nosso texto: Conceito de eletrólise.

Eletrólise aquosa

Na eletrólise aquosa, temos um composto iônico dissolvido em água, e esse, por dissociação ou ionização, libera seus íons na solução, possibilitando a passagem de corrente elétrica. Além dos íons liberados pelo composto iônico, devemos levar em consideração os íons provenientes da autoionização da água:

H₂O → H⁺ + OH^-

Por haver a necessidade da corrente elétrica para que ocorra a eletrólise, dizemos, então, que se trata de um processo não espontâneo. O qual ocorre exatamente ao contrário do processo visto em uma pilha, que, por sua vez, transforma a energia química derivada de uma reação, para a produção de energia elétrica.

Como ocorre a eletrólise aquosa

Como já dito, durante a eletrólise aquosa, devemos levar em consideração os íons derivados da água e os íons derivados do composto dissolvido. Veja o exemplo da dissociação do cloreto de sódio:

NaCl_(aq) → Na⁺_(aq) + Cl^-_(aq)

Assim a solução passa a ter dois cátions (H⁺ e Na⁺) e dois ânions (OH^- e Cl^-). No entanto, apenas um cátion e um ânion sofrerão oxirredução pela descarga elétrica. Para identificar qual dos dois será afetado, temos uma fila de prioridade, representada, a seguir, na ordem crescente:

- Cátions: Metais da família 1,2 e 13  <  H⁺  <  outros metais

- Ânions: Ânions oxigenados e F^-  <  OH^-  <  ânions não oxigenados

Portanto, para o exemplo da eletrólise em solução aquosa de cloreto de sódio, temos que os íons H⁺ e Cl^- sofrerão descarga elétrica. Agora, faremos a análise do que ocorre em cada um dos polos:

• Cátodo e ânodo

No cátodo, o polo negativo da cela eletrolítica, os elétrons chegam ao eletrodo e é para onde migram os cátions presentes na solução. Portanto, é onde ocorre a descarga do cátion H⁺ e sua redução, conforme a equação seguinte:

2H⁺ + 2e → H_2(g)

No ânodo, o polo positivo da cela eletrolítica, os cátions presentes na solução sofrem a descarga e perdem seus elétrons. Por ter prioridade de descarga sobre o OH^-, o Cl^- migra para a o ânodo, onde sofre oxidação conforme a equação seguinte:

2Cl^-_(aq) → 2e + Cl_2(g)

Podemos escrever a equação geral do processo de eletrólise somando as reações de cada etapa do processo: a dissociação; a autoionização da água; a redução do cátion; e a oxidação do ânion.

NaCl_(aq) → Na⁺_(aq) + Cl^-_(aq)

H₂O → H⁺ + OH^-

2H⁺ + 2e → H_2(g)

2Cl^-_(aq) → 2e + Cl_2(g)

Balanceando as equações e eliminando os itens que se repetem nos reagentes e nos produtos, temos:

2NaCl_(aq) + 2H₂O_(liq.) → 2Na⁺_(aq) + 2OH^-_(aq) + H_2(g) + Cl_2(g)

Analisando a equação global, temos ainda em solução os íons Na⁺_(aq) e OH^-_(aq), formando soda cáustica (NaOH), um dos produtos da reação, além do gás hidrogênio, formado no cátodo, e do gás cloro, formado no ânodo.

Veja também: Aspectos quantitativos da eletrólise

Exercícios resolvidos

Questão 01 (UEG) A galvanização é um processo que permite dar um revestimento metálico a determinada peça. A seguir é mostrado um aparato experimental, montado para possibilitar o revestimento de uma chave com níquel.

No processo de revestimento da chave com níquel ocorrerá, majoritariamente, uma reação de X, representada por uma semirreação Y. Nesse caso, o par XY pode ser representado por:

a) redução, Ni⁺ + 1e^– → Ni(s)

b) redução, Ni(s) → Ni²⁺ + 2e^–

c)  oxidação, Ni²⁺ + 2e^– → Ni(s)

d) oxidação, Ni(s) → Ni²⁺ + 2e^–

e) redução, Ni²⁺ + 2e^– → Ni(s)

Resolução: Letra “e”. Os íons presentes na solução são: cátions: Ni²⁺ e H⁺; ânions: SO₄^2- e OH^-. Para os cátions, o Ni²⁺ tem prioridade na descarga e, portanto, sofrerá redução no cátodo, conforme a equação: Ni²⁺ + 2e^– → Ni(s).

Questão 02 (FMABC-SP) Considere o seguinte sistema utilizado na purificação de cobre metálico:

Nesse processo:

a) II representa o cátodo em que ocorre a oxidação.

b) II representa o ânodo em que ocorre a redução.

c)  I representa o cátodo em que ocorre a oxidação.

d) I representa o cátodo em que ocorre a redução.

e) I representa o ânodo em que ocorre a oxidação.

Resolução: Letra “e”. Na eletrólise, o eletrodo ligado ao polo positivo do gerador é chamado de ânodo, e nele os ânions perdem elétrons e sofrem oxidação, conforme a equação: Cu⁰ → Cu²⁺ + 2e.

Questão 03 (Fatec-SP) Para a cromação de um anel de aço, um estudante montou o circuito eletrolítico, representado na seguinte figura, utilizando uma fonte de corrente contínua.

Durante o funcionamento do circuito, é correto afirmar que nele ocorre

a) liberação de gás cloro no ânodo e depósito de cromo metálico no cátodo.

b) liberação de gás cloro no cátodo e depósito de cromo metálico no ânodo.

c)  liberação de gás oxigênio no ânodo e depósito de platina metálica no cátodo.

d) liberação de gás hidrogênio no ânodo e corrosão da platina metálica no cátodo.

e) liberação de gás hidrogênio no cátodo e corrosão do aço metálico no ânodo.

Resolução: Letra “a”. Os íons presentes na solução são: cátions: Cr³⁺ e H⁺; ânions: Cl^- e OH^-. Para os cátions, o Cr³⁺ tem prioridade na descarga e, portanto, sofrerá redução no cátodo, conforme a equação: Cr³⁺ + 3e^– → Cr(s).

Para os ânions, o Cl- tem prioridade na descarga e, portanto, sofrerá oxidação no ânodo, conforme a equação: 2Cl^-_(aq) → 2e + Cl_2(g).

Ou seja, no ânodo (peça de platina) teremos a liberação do gás cloro Cl_2, e, no cátodo (anel de aço), a deposição do cromo metálico.

Por Victor Ferreira
Professor de Química