ELETRLIS Introduo

Dentro do estudo de eletroqumica temos a eletrldecomposio de uma espcie qumica (eletrlito) por uma plo negativo (catodo) e um plo positivo (anodo)). Um dese

Eletrlitos

Eletrlitos so condutores inicos de corrente eltric a) Presena de ons no meio b) ons possam se movimentar Sendo assim, existem basicamente os eletrlitos fun

( NaCl(aq), CuSO4(aq), etc), que do origem aos dois tipos de e

Eletrlise x Pilhas Conforme o visto em matrias anteriores, a eletroprocesso possuem diversas semelhanas e diferenas que pod

PilhaEspontaneidade Espont

Reaes nodo OCatodo - R

Fluxo de eltrons nodo Polaridade nodo Plo

Catodo Plo E E >

Assim como nas pilhas, a eletrlise tambm caract

a) Anodo: o plo onde acontece reao de oxidab) Catodo: o plo onde acontece reao de reduo Macete: Anodo = Oxidao Vogal + Vogal Catodo = Reduo Consoante + Consoante

Tambm de maneira semelhante s pilhas, na eletrl

em que no anodo ocorre a oxidao (envolve perda de eltronCom relao polaridade, temos que a eletrlis

caminham no contrrio do que poderia prever sua natureza npara o plo negativo (catodo). E - TEORIA

ise, que consiste num processo no-espontneo, baseado na corrente eltrica contnua (onde existem permanentemente um nho representativo da eletrlise segue abaixo:

a. Para que ocorra essa conduo, necessrio:

didos (NaCl(l) , Al2O3(l), etc.) e os eletrlitos em soluo aquosa letrlises que sero estudados mais abaixo.

qumica dividida em pilhas e eletrlise. Esses dois tipos de em ser resumidas na tabela comparativa abaixo:

s Eletrlise nea No Espontnea xidao eduo

nodo Oxidao Catodo - Reduo

Catodo nodo Catodo negativo (-) positivo (+)

nodo Plo positivo (+) Catodo Plo negativo (-)

0 E < 0

erizada pela existncia de dois plos: anodo e catodo:

o

ise o fluxo de eltrons se d do anodo para o catodo, na medida s) e no catodo ocorre a reduo (envolve ganho de eltrons).

e um processo no espontneo. Sendo assim, os eltrons egativa. Na eletrlise, os eltrons vo do plo positivo (nodo)

Tipos de eletrlise I) Eletrlise gnea

aquela que se processa com os eletrlitos lquidos (fundidos), devendo assim ser realizada em temperaturaselevadas. Exemplo: Eletrlise do CaCl2 Inicialmente, o aquecimento provocaria a decomposio: CaCl2 Ca

2+ + 2Cl-

Entre os ons acima, o clcio tem tendncia a se reduzir, enquanto o cloro a se oxidar. Logo: Decomposio do sal: CaCl2 Ca2+ + 2Cl-

Catodo: 2Cl- Cl2 + 2e- Anodo: Ca2+ + 2e- Ca

Reao Global: CaCl2 eletrlise Cl2 + Ca

II) Eletrlise em soluo aquosa

Na eletrlise de um eletrlito em soluo aquosa, a gua tambm pode ser o composto a sofrer reduo e/ouoxidao. Sendo assim, ocorre uma competio entre a gua e os ons tanto no catodo quanto no anodo. As equaes dereao e de oxidao da gua so:

Reduo: 2H2O + 2e- 2OH

( )( )44 844 76 2HH

22 HOH+

)( )44 844 76 2OOH

22 OOH

- + H2 (reao catdica); E = - 0,83V Oxidao: H2O 2H+ + 1/2O2 + 2e- (reao andica); E = - 1,23V

A facilidade de reduo no catodo segue a escala:

Na+ < Ca2+ < Mg2+ < Al3+ < < Zn2+ < Fe2+ < Cr3+ <

Anodo: No anodo, a competio existente entre o nion Cl- e a gua. Observando a escala de oxidao, podemosidentificar que o cloreto tem uma facilidade maior a se oxidar, logo a reao predominante na oxidao ser: Reao Andica: 2Cl- Cl2 + 2e- Unindo as duas semi-reaes e a dissociao do sal: Dissociao: 2NaCl(aq) 2Na+(aq) + 2Cl-(aq)Catodo: 2H2O + 2e- 2OH - + H2Anodo: 2Cl-(aq) Cl2 + 2e-

Reao Global: 2NaCl(aq) + 2H2O 2Na+(aq) + 2OH- + H2 + Cl2 Aspectos Quantitativos Para analisarmos os aspectos quantitativos, antes devemos relembrar que a carga eltrica correspondente a 1 mol deeltrons denominada 1 faraday (1 F).

Assim, teremos: 1F = 9,65.104 C/mol (em mdulo)

Lei Base: A QUANTIDADE DE MATRIA (NMERO DE MOLS) DE UMA ESPCIE OXIDADA OU REDUZIDAEM UM ELETRODO ENCONTRA-SE ESTEQUIOMETRICAMENTE RELACIONADA COM O NMERO DE MOLSDE ELTRONS QUE PASSA PELO CIRCUITO. Generalizando, temos:

Xn+ + ne- X Estequiometricamente: M(g) ---- n.F (onde 1F = 9,65 . 104 C) m(g) ----- q

m(g) = q.M(g) / n.F, onde M a massa molar do elemento em questo.

Alm disso, temos que a corrente eltrica nada mais do que a carga que passa em um determinado intervalo de tempo. Ouseja:

i = q/t

Unindo as duas equaes temos: m(g) = i.t.M(g) / n.F Exerccios Resolvidos 1) O magnsio obtido da gua do mar. Isola-se o magnsio na forma de MgC2 e, em seguida, realiza-se uma eletrlisegnea. Pode-se afirmar que o magnsio: a) produzido no plo negativo da eletrlise. b) obtido no anodo. c) obtido na forma Mg2+d) recebeu apenas 1 eltron para tornar-se um tomo neutro. e) obtido num processo que no de oxirreduo.

Soluo: A eletrlise gnea do MgCl2, possui as seguintes semi-reaes: Decomposio do sal: MgCl2 Mg2+ + 2Cl-Reao catdica: Mg2+ + 2e- Mg Reao andica: 2Cl- Cl2 + 2e-Reao Global: MgCl2 Cl2 + Mg a) Na eletrlise, o anodo o plo positivo e o catodo o plo negativo. Como o magnsio foi produzido no catodo,temos que ele produzido no plo negativo. Sendo assim, a afirmativa verdadeira. b) O Mg produzido no catodo. A afirmativa falsa. c) O on Mg2+ se reduz e o magnsio produzido na forma de Mg metlico. Logo, a afirmativa falsa. d) O on Mg2+ necessita de 2 eltrons para se tornar um tomo neutro. A afirmativa falsa. e) A eletrlise baseada em um processo de oxirreduo. Sendo assim, a afirmativa falsa. Gabarito: A 2)(IME) Calcule a intensidade da corrente eltrica que deve ser utilizada para depositar 2,54 x 10-4 kg de cobre, de umasoluo de sulfato de cobre, no tempo de 3 minutos e 20 segundos. Dados: M.A. (Cu) = 63,5 u; 1F = 96500 C Soluo: A questo trata da eletrlise aquosa de sulfato de cobre (CuSO4). CuSO4(aq) Cu2+(aq) + SO42-(aq) No catodo, a competio entre o on cobre e a gua. De acordo com a escala de reduo, o cobre tem umamaior tendncia a se reduzir. Reao catdica: Cu2+ + 2e- Cu No anodo, a competio entre o on sulfato e a gua. De acordo com a escala de oxidao, a guapredomina sobre nions oxigenados. Logo: Reao Andica: H2O 2H + + 1/2O2 + 2e- Unindo as duas reaes com a reao de decomposio do sulfato de cobre, temos: CuSO4(aq) Cu2+(aq) + SO42-(aq) Cu2+(aq) + 2e- Cu H2O 2H+ + 1/2O2 + 2e- CuSO4(aq) + H2O 2H + + 1/2O2 + Cu + SO42-(aq) A questo pergunta sobre a deposio do cobre, ou seja, sobre a reao catdica: Cu2+ + 2e- Cu: M(Cu) ----- 2F 63,5 g--------------------------2 x 96500 C m(Cu) ----- q 2,54 x 10-4 x 103 g ---------- q q = 2,54 x 10-4 x 103 x 2 x 96500/ 63,5 q = 772C No problema, temos que o tempo de 3 min 20 s = 200s. Logo: i = q/t i = 772/200 i = 3,86 A Resposta: i = 3,86A

3)(ITA) Trs clulas eletroqumicas, com todos os eletrodos inertes, permanecem ligadas durante certo tempo, conformeesquema abaixo, onde as setas indicam o sentido convencional da corrente. A clula I contm soluo aquosa de cido sulfrico e no seu catodo se desprendem 0,50 mol de H2 (g). A clula II contm soluo aquosa de nitrato de prata e no seu catodo se depositam 0,10 mol de Ag(c). A clula III contm soluo aquosa de cloreto de ferro (III) e no seu catodo certa quantidade de Fe3+(aq) transformada em Fe2+(aq). A quantidade de Fe2+(aq) produzida pela eletrlise na clula III

(A) 0,25 mol (B) 0,40 mol (C) 0,50 mol (D) 0,90 mol (E) 1,00 mol. Soluo: A questo trata de um circuito com 3 clulas. Clula I: Na primeira clula em seu catodo temos o desprendimento de 0,50 mol de H2. Sendo assim, garantimos queo catodo forma o gs hidrognio, que formado a partir da seguinte reao: 2H+ + 2e- H2 Pela estequiometria temos: 2 mols eltrons --------- 1 mol de H2 x = 2 x 0,5 x = 1 mol de eltrons x mols eltrons --------- 0,5 mol de H2 Aps passar pela clula I, a corrente eltrica(x) dividida em duas partes, uma rumando para clula II(y) e outra rumando para clula III(z). Clula II: Na segunda clula, a questo diz que ocorre a formao de prata em seu catodo na quantidade de 0,1 molsde Ag. Logo, temos a seguinte reao catdica: Ag+ + e- Ag Pela estequiometria temos: 1 mol de eltrons -------- 1 mol de Ag y = 1 x 0,1 y = 0,1 mols de eltrons y mols eltrons ---------- 0,1 mols de Ag Conforme o comentado anteriormente temos: x = y + z z = x y z = 0,9 mols de eltrons. Clula III: De acordo com a questo o catodo consiste na transformao de Fe3+ em Fe2+. Sendo assim, a reao catdica da clula III : Fe3+ + e- Fe2+ Mas, sabemos que a quantidade de eltrons na clula 0,9 mols. Ento temos: 1 mol Fe2+ ------------- 1 mol de eltrons n = 0,9 mols n mols Fe2+ ------------- 0,9 mol de eltrons Gabarito: D