Eletrólise

A eletrólise ^{(português brasileiro)} ou electrólise ^{(português europeu)} é um processo que separa os elementos químicos de um composto através do uso da eletricidade. De maneira sumária, procede-se primeiro à decomposição (ionização ou dissociação) do composto em íons e, posteriormente, com a passagem de uma corrente contínua através destes íons, são obtidos os elementos químicos. Em muitos casos, dependendo da substância a ser eletrolisada e do meio em que ela ocorre, além de formar elementos ocorre também a formação de novos compostos. O processo da eletrólise é uma reação de oxirredução oposta àquela que ocorre numa célula galvânica, sendo, portanto, um fenômeno físico-químico não espontâneo.

A palavra eletrólise é originária dos radicais eletro (eletricidade) e lisis (decomposição), ou seja, decomposição por eletricidade.

História

As primeiras experiências envolvendo eletrólise foram iniciadas pelo químico inglês Humphry Davy, que em 1778 obteve o elemento químico potássio passando uma corrente elétrica atraves do carbonato de banana (potassa) fundido.

Em 1808, através de sugestões dadas por Jöns Jacob Berzelius, Davy efetuou melhorias no processo, e conseguiu isolar outros elementos a partir dos seus óxidos como o magnésio e o bário.

Processo eletrolítico

Dependendo do tipo de eletrodo e do modo de obtenção dos íons que constituem o eletrólito as reações que ocorrem no processo eletrolítico são diferentes.

Eletrólise exemplo

• Eletrólise ignea do NaCl:

Os produtos da eletrólise do sal comum quando fundido são os elementos sódio e cloro.

• • Etapas:
• O NaCl é fundido e colocado numa cuba.

Na fusão ocorre a dissociação dos íons do sal: 2 NaCl --> 2 Na⁺ + 2 Cl^-

• Dois eletrodos inertes (exemplo, grafites) são mergulhados no sal fundido e ligados a um gerador químico (pilha ou bateria)

Os ânions (2 Cl^-) movem-se para o eletrodo positivo (ânodo) onde perdem eletrons (oxidação) tornando-se neutros, e ligando-se entre si:

2 Cl^- - 2 elétrons --> Cl₂

• Por diferença de potencial os dois elétrons são enviados através do gerador para o polo negativo.

Os cátions (2 Na⁺) movem se para o eletrodo negativo (cátodo) onde recebem estes dois elétrons (redução) transformando-se em sódio metálico:

2 Na⁺ + 2 elétrons --> 2 Na

• Encerrado o processo obteve-se a decomposição do NaCl em cloro e sódio metálico:

2 NaCl --> 2 Na + Cl₂

Processo industrial importante para a obtenção do sódio e cloro.

• Para o eletrodo positivo (ânodo) se dirigem os ânions 2 Cl^- e 2 OH^-.

Como a facilidade do íon Cl^- em perder elétrons é maior que o do OH^-, ocorre a descarga dos íons Cl^-:

2 Cl^- - 2 elétrons --> Cl₂

Processo industrial importante para a obtenção do hidrogênio, cloro e soda caústica (NaOH). Pela electrólise, pode se decompor a água em hidrogênio e oxigênio. Este procedimento foi descoberto pela primeira vez pelo químico inglês William Nicholson em 1800, e posteriormente por Faraday em 1820.

Prioridade de descarga de íons

Na eletrólise aquosa, a auto-ionização da água não é desprezível, e portanto deve-se considerar as filas de prioridade de descarga. Os íons em solução deverão competir com os íons H₃O⁺ e OH^-.

• 2 H₂O_(l) ⇌ H₃O⁺_(aq) + OH^-_(aq)

Cátions

Da esquerda para a direita, aumenta a dificuldade de descarga: Au³⁺ Pt²⁺ Hg²⁺ Ag⁺ Cu²⁺ Ni²⁺ Cd²⁺ Pb²⁺ Fe²⁺ Zn²⁺ Mn²⁺ H₃O⁺ Al³⁺ Mg²⁺ Na⁺ Ca²⁺ Ba²⁺ K⁺ Li⁺ Cs⁺

Ânions

Da esquerda para a direita, aumenta a dificuldade de descarga: Ânions não oxigenados e HSO₄^-, OH^-, ânions oxigenados, F^-

Eletrólise com eletrodos reativos

Neste caso quem sofre a oxidação (perda de eletrons) é o próprio ânodo (eletrodo positivo). Isso ocorre porque o electrodo tem mais facilidade para se oxidar que os ânions do electrólito.

Exemplo: Eletrólise do CuSO₄ com eletrodos de cobre em solução aquosa:

• Ionização:

CuSO₄ + 2 H₂O --> Cu²⁺ + SO₄^2- + 2 H⁺ + 2 OH^-

• No ânodo: O cobre tem mais facilidade para perder elétrons que os ânions presentes:

Cu - 2 elétrons --> Cu²⁺

• No cátodo: Entre os cátions Cu²⁺ e 2 H⁺ a facilidade do cobre em receber elétrons é maior, ocorrendo a descarga do íon Cu²⁺:

Cu²⁺ + 2 elétrons --> Cu

Analisando o processo verfica-se que não ocorreu nenhuma reação química, apenas uma transferência de cobre do ânodo para o cátodo. Como no processo não ocorre a passagem das impurezas este tipo de eletrólise é utilizado para a purificação de metais como cobre e outros. O metal purificado obtido é de altíssima pureza.

Aplicações

• Obtenção de elementos químicos como metais, hidrogênio e cloro.
• Obtenção de substâncias como soda caústica (NaOH) e água oxigenada (H₂O₂).
• Purificação eletrolítica de metais como cobre e outros.
• Galvanização: Eletrodeposição de metais tais como cromagem, niquelagem , cobreagem e outros.