Disciplina: Química

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A união de atitudes determinando trabalhos sociais.

VESTIBULAR 2016

Prof. Elio Ferreira

H8 – Identificar etapas em processos de obtenção, transformação, utilização ou reciclagem de recursos naturais, energéticos ou matérias-primas, considerando processos biológicos, químicos ou físicos neles envolvidos. Algumas aplicações da eletrólise:

Obtenção de substâncias simples: gás cloro (Cl2), gás hidrogênio (H2), gás oxigênio (O2) etc.

Processos de revestimento de objetos com cromo (cromação), niquel (niquelação), ouro, prata etc.

Recarga de pilhas e baterias. A eletrólise é um processo, no qual utilizamos íons,

então vale à pena recorda o conceito de íon e seus tipos:

Íon – Espécie química em que o número de prótons é diferente do número de elétrons

Cátion – íon positivo em que o número de prótons é maior que o número de elétrons.

Ânion - íon negativo em que o número de prótons é menor que o número de elétrons.

Os íons são espécies químicas altamente estáveis e, que

para sair de seu estado estável é necessário fornecer grande energia a eles, isso fará com que o cátion recebe seu(s) elétron(s) perdido(s) e o ânion doe seu(s) elétron(s) ganho(s), isso fará com que os íons percam sua carga elétrica, chamamos esse processo de descarga de íons.

Tome nota » descarga de um íon se refere à perda da carga elétrica do íon.

Como podemos fazer a eletrólise? A eletrolise é realiza em uma cuba eletrolica, composta

por:

Uma fonte continua de energia eletrica (pilha ou bateria);

Uma substância eletrolitica no estado líquido;

Fio condutor;

Duas placas de metal (inertes ou não) que funcionaram como eletrodos.

Veja a figura a seguir:

Para que a eletrólise ocorra é necessário que os íons tenham “liberdade de movimento” seja por fusão (eletrólise ígnea), seja por dissolução em um “solvente ionizado”, que, em geral, é a água (eletrólise em solução). Tome nota » eletrólito é uma substância que conduz corrente elétrica em solução.

Partes de uma célula eletrolítica a) Ânodo » Placa que sofre oxidação e é o pólo positivo da cuba eletrolítica. b) Cátodo » Pólo negativo da cuba eletrolítica, em que ocorre a redução.

Eletrólise Ígnea É o tipo de eletrólise que é realizado com o eletrólito

fundido. Normalmente são realizadas eletrólises ígneas de bases e sais.

Na eletrolise ígnea, se utiliza de eletrodos inertes (que não participam da reação), geralmente platina ou grafite, que são ligados aos pólos positivo e negativo da pilha.

O eletrodo ligado ao pólo positivo do gerador é o ânodo, sendo, portanto, onde ocorre a oxidação com a partida dos elétrons que farão a descarga dos ânions:

𝐴𝑥− → 𝐴 + 𝑦𝑒− Reação de Oxidação

O eletrodo ligado ao pólo negativo do gerador é o cátodo, sendo, portanto, onde ocorre a redução com a chegada dos elétrons que farão a descarga dos cátions:

Cy+ + ye− → C Reação de Redução

Exemplo: Eletrólise ígnea da CaCl2.

Transformações Químicas e Energia

ELETROLISE

É o processo não espontâneo que converte energia elétrica em energia química por meio de descargas de íons que transformam íon em substâncias simples.

ELETRÓLISE

CHIMIE

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Observemos que:

Eletrólise em solução aquosa

Como já se sabe para que ocorra eletrólise é necessário que haja íons em solução, que pode ser conseguido pela solubilização de um composto em água. Como por exemplo:

NaClH2O Na+ + Cl−

Porém, ocorre na água um processo espontâneo

chamado de auto-ionização da água, isto é:

2H2O → H3O3+ + OH− Apesar das baixas concentrações dos íons H3O

+ e OH- suas presenças na solução não podem ser ignoradas, de fato, haverá a competição entre os íons da substância solubilizada e os íons da água.

Como a eletrolise é um processo seletivo, apenas uma espécie de cátion e uma de ânion se descarregara.

A partir de observação experimental da eletrólise de solução de diversos eletrólitos foi elaborada uma tabela de prioridade de descarga no cátodo (redução dos ânions) e no ânodo (oxidação dos cátions).

1. Fila de descarga dos cátions - Deve-se comparar o

caráter oxidante dos ânions presentes e da própria água,

isto é, quando mais facilmente um metal de oxidar,

menor será a possibilidade de ele receber elétrons.

Desta forma, o metal menos reativo é o que descarrega

primeiro:

2. Fila de descarga dos ânions - Para a redução, que

ocorre no eletrodo negativo, deve-se comparar o caráter

redutor dos cátions presentes e da própria água. Aqui se

leva em consideração a eletronegatividade do ânion

(tendência de atrair elétrons), isto é, quanto mais

eletronegativo menor será a possibilidade de ele perder

os elétrons ganhos. Desta forma, o ânion menos

eletronegativo é o que descarrega primeiro:

Exemplos: 01. Eletrólise do cátion da água e do ânion do sal Exemplo: Eletrólise do NaCl 02. Eletrólise do cátion do sal e do ânion da água

Exemplo: Eletrólise do Zn(NO3) 03. Eletrólise do cátion e do ânion do sal Exemplo: Eletrólise do NiBr2 04. Eletrólise do cátion e do ânion da água Exemplo: Eletrólise da H2O

Aspecto Quantitativos da Eletrólise Com o conhecimento que temos hoje sobre os

processos eletroquímicos podemos dizer que:

A relação entre a massa e a corrente elétrica para

processos eletroquímicos foi proposta pelo químico inglês Michael Faraday. Em 1834, Faraday (após uma série de experimentos) chegou à conclusão a que a massa da substância eletrolisada é diretamente proporcional à quantidade de eletricidade que atravessa a solução.

E com alguns conhecimentos da Física, obteremos a Equação Geral da Eletroquímica:

m =i x t x MM

96.500 x nº de elétrons

Onde: m – massa (g) i – corrente elétrica (A, ampéer) t – tempo (s) MM – massa molar (g/mol)

EXEMPLO 1 Na eletrólise de uma solução de sulfato de cobre, utilizando uma corrente de 100 A, obtêm-se 3,175 g de cobre no cátodo. Qual o tempo gasto nesse processo? EXEMPLO 2 Calcule a massa de cobre metálico depositada por uma corrente elétrica de 1,93 A que atravessa uma solução de sulfato cúprico durante 10 min (Cu = 63,5 g/mol).

Para que estudar isso? A espessura da camada metálica de proteção anticorrosiva depende do metal depositado, do tempo de eletrólise e da intensidade da corrente elétrica empregada, nos processos indústrias então é importante o controle de material depositado.

“A partir da relação entre a quantidade de eletricidade que percorre o sistema eletrolítico e a massa molar das substâncias é possível prever a massa das substâncias formadas ou transformadas por eletrólise”.

CHIMIE

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PRATIQUE SUAS HABILIDADES

01. (PUC) Dados: E (volts)

F2 + 2e− → 2F− + 2,87

Cl2 + 2e− → 2Cl− + 1,36

Br2 + 2e− → 2Br− + 1,09

I2 + 2e− → 2I− + 0,54 Facilidade de descarga na eletrólise: OH- > F-. Com base nos dados anteriores, pode-se afirmar que o único processo possível na obtenção de F2, a partir de NaF, é a: a) Reação com o cloro. b) Reação com o bromo. c) Reação com o iodo. d) Eletrólise de NaF(aq). e) Eletrólise de NaF(l). 02. (ENEM/2010) A eletrólise é muito empregada na indústria com o objetivo de reaproveitar parte dos metais sucateados. O cobre, por exemplo, é um dos metais com maior rendimento no processo de eletrólise, com uma recuperação de aproximadamente 99,9%. Por ser um metal de alto valor comercial e de múltiplas aplicações, sua recuperação torna-se viável economicamente. Suponha que, em um processo de recuperação de cobre puro, tenha-se eletrolisado uma solução de sulfato de cobre (II) (CuSO4) durante 3h, empregando-se uma corrente elétrica de intensidade igual a 10A. A massa de cobre puro recuperada é de aproximadamente

Dados: Constante de Faraday F = 96500C/mol; Massa molar em g/mol: Cu = 63,5

a) 0,002 g. b) 0,04 g. c) 2,40 g. d) 35,5 g. e) 71,0 g. 02. (ENEM/2010) O crescimento da produção de energia elétrica ao longo do tempo tem influenciado decisivamente o progresso da humanidade, mas também tem criado uma séria preocupação: o prejuízo ao meio ambiente. Nos próximos anos, uma nova tecnologia de geração de energia elétrica deverá ganhar espaço: as células a combustível hidrogênio/oxigênio.

VILLULLAS, H.M.; TICIANELLI, E.A; GONZÁLEZ, E.R. Química Nova Na Escola. No 15, maio 2002. (Foto: Reprodução/Enem)

Com base no texto e na figura, a produção de energia elétrica por meio da célula a combustível hidrogênio/oxigênio diferencia-se dos processos convencionais porque

a) transforma energia química em energia elétrica, sem causar danos ao meio ambiente, porque o principal subproduto formado é a água. b) converte a energia química contida nas moléculas dos componentes em energia térmica, sem que ocorra a produção de gases poluentes nocivos ao meio ambiente. c) transforma energia química em energia elétrica, porém emite gases poluentes da mesma forma que a produção de energia a partir dos combustíveis fósseis. d) converte energia elétrica proveniente dos combustíveis fósseis em energia química, retendo os gases poluentes produzidos no processo sem alterar a qualidade do meio ambiente. e) converte a energia potencial acumulada nas moléculas de água contidas no sistema em energia química, sem que ocorra a produção de gases poluentes nocivos ao meio ambiente. 04. (FUVEST) O alumínio produzido a partir do minério bauxita, do qual é separado o óxido de alumínio que, em seguida, junto a um fundente, é submetido à eletrólise. A bauxita contém cerca de 50% em massa de óxido de alumínio. De modo geral, desde que o custo de energia elétrica seja o mesmo, as indústrias de alumínio procuram estabelecer próximas a: a) Zonas litorâneas, pela necessidade de grandes quantidades de salmoura para a eletrólise. b) Centros consumidores de alumínio, para evitar o transporte de material muito dúctil e maleável e, portanto, facilmente deformável. c) Grandes reservatórios de água, necessária para separar o óxido de alumínio da bauxita. d) Zonas rurais, onde a chuva ácida, que corrói o alumínio, é menos freqüente. e) Jazidas de bauxita, para não ser transporte a parte do minério (mais de 50%) que não resulta em alumínio. 05. (Ufla-MG) Hidrogênio, alguns metais alcalinos e alcalinosterrosos, alumínio e hidróxido de sódio são produtos obtidos industrialmente pela eletrolise. As alternativas estão corretas, exceto: a) Os metais alcalinos são produzidos através da eletrólise ígnea e são fundidos. b) O gás hidrogênio (H2) é obtido pela eletrólise da água. Ele é formado no anodo, ao passo que o oxigênio (O2) é formado no catodo. c) A quantidade de material depositado (ou gerado) no catodo de uma célula eletrolítica é proporcional à corrente fornecida. d) Na eletrólise, o potencial gerado por uma fonte externa é utilizado para provocar uma transformação química. e) O alumínio é obtido industrialmente de acordo com a reação (eletrólise): Δ

2Al2O3 4Al + 3O2 criolita