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Eletrólise aquosa

Química

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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.

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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.

Processo de galvanização de estruturas metálicas em banho de zinco.
Processo de galvanização de estruturas metálicas em banho de zinco.

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 → H2(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 + Cl2(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 → H2(g)

2Cl-(aq) → 2e + Cl2(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) + H2(g) + Cl2(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: SO42- 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 + Cl2(g).

Ou seja, no ânodo (peça de platina) teremos a liberação do gás cloro Cl2, e, no cátodo (anel de aço), a deposição do cromo metálico.

 

Por Victor Ferreira
Professor de Química


Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

FERREIRA, Victor Ricardo. "Eletrólise aquosa"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/quimica/eletrolise-solucao-aquosa.htm. Acesso em 16 de outubro de 2019.

Lista de Exercícios
Questão 1

Considere a eletrólise do brometo de cálcio (CaBr2(aq)), feita com eletrodos inertes, em solução aquosa. Determine os cátions e os ânions, respectivamente, que se descarregam primeiro:

  1. Ca2+(aq) e Br-(aq)

  2. Ca2+(aq) e OH-(aq)

  3. H3O+(aq) e Br-(aq)

  1. H3O+(aq) e OH-(aq)

  2. Ca2+(aq) e H3O+(aq)

Questão 2

A ilustração a seguir ilustra a eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de cobre (II).

Com relação a esse processo, classifique as afirmações dos itens a seguir como verdadeiras ou falsas.

  1. Os íons Cu2+ movimentam-se em direção ao ânodo, polo negativo, no qual sofrem redução.

  2. A semirreação que ocorre no cátodo é: Cu2+(aq) + 2 e- → Cu(s).

  3. A produção de gás cloro ocorre no cátodo, polo positivo da célula.

  1. A semirreação que ocorre no ânodo é: 2 Cℓ-(aq) + 2 e- → Cℓ2(g).

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