Eletroquimica e eletrolise
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* Eletrólise*Pilhas
ELETROQUÍMICA
ELETROQUÍMICAELETROQUÍMICA
1) Eletrólise: reações provocadas pela corrente elétrica.
2) Pilhas: reações que produzem corrente elétrica.
ELETR
ÓLIS
EEletrólise é a reação não Eletrólise é a reação não
espontânea provocada pela espontânea provocada pela passagem de corrente elétrica, passagem de corrente elétrica,
através de uma solução.através de uma solução.
ELETRODOS INERTES
pólo negativocátodo
pólo positivoânodo
cátodo ânodo
x + + e- xY - - e- Y
ELETR
ÓLIS
E* Para o pólo negativo (cátodo)
migram os cátions da solução, ocorrendo a sua redução:
X+ + e- Xo
* Para o pólo positivo (ânodo) migram os ânions da solução, ocorrendo a sua oxidação:
Y- - e- Yo
No circuito externo, o cátodo é o eletrodo onde chegam elétrons e o ânodo, onde saem os elétrons.
ELETR
ÓLIS
ESe a eletrólise ocorre em meio aquoso,
há uma preferência na competição de íons que sofrem descarga:
CÁTIONS
Au+3, Ag+, Cu+2, Ni+2, Fe+2, H+ , Ca+2, K+,
ÂNIONS
Cl-, Br-, I-, OH- , SO4-2, NO3
-,...
A preferência na descarga (perda de carga) ocorre em função do potencial de oxi - redução da espécie iônica envolvida.
ELETR
ÓLIS
EExemplo:
*** Produtos da eletrólise do NaCl (aq)
2NaCl 2Na+ + 2Cl-
2H2O 2H+ + 2OH-
Reação catódica (pólo -)
2H+ + 2 e- H2(g)
Reação anódica (pólo +)
2Cl- - 2 e- Cl2(g)
Sobra, na solução, NaOH (aq).
ELETR
ÓLIS
EEletrólise aquosa do NaCl
Produtos primários da eletrólise
ELETR
ÓLIS
EEletrólise ígnea do NaClFonte de corrente
diretaFonte de corrente direta
cátodo cátodoânodo ânodo
e- e- e-e-
ELETR
ÓLIS
ELeis de Faraday
As Leis de Faraday estabelecem a massa de material que é produzida durante a eletrólise.
1a Lei: m Q (Q = carga = i . t)
2a Lei: m E (E = equivalente-grama)
E = Mol / noxPortanto, associado as duas leis:
m = K.i.t.E
K = 1/F = 1/96.500 C.mol-1 (constante)
96.500 C.mol-1 = 1 Faraday =
carga de 1 mol de elétrons
ELETR
ÓLIS
ELeis de Faraday
Exemplo:
Calcular a massa de níquel depositado numa eletrólise realizada durante 10 minutos, por uma corrente de 9,65 ampéres, usando uma solução aquosa de NiSO4.
t = 10 min = 600 s i = 9,65 A E = 58,7/2 = 29,35g
m = i.t.E / F = 9,65.600.29,35 / 96500
Resposta: m = 1,761 gramas
AP
LIC
AÇ
ÕES
DA
ELETR
ÓLIS
E
* Banhos eletrolíticos de metais
- cromo, níquel, zinco, cobre, ouro, prata,..
AP
LIC
AÇ
ÕES
DA
ELETR
ÓLIS
E* Banho eletrolítico de níquel
Reações
* Cátodo:
Ni+2 + 2 e- = Ni
* Ânodo:
Ni - 2 e- = Ni+2
-CÁTODO
+
Gerador
SOLUÇÃO DE NiSO4
Ni
OBJETO A NIQUELAR
ÂNODO
e-e-
Ni+2
ELETRODO DE NÍQUEL
Por meio da eletrólise ígnea que são fabricados industrialmente os elementos: flúor (F2 ) e cloro (Cl2), metais alcalinos, metais alcalinos
terrosos e alumínio.
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LIC
AÇ
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ÓLIS
E
* Obtenção de elementos:
È a sequência de processos que visa obter a partir do minério correspondente.
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* Metalurgia:
Extração do minério
Purificação dominério
Redução
PurificaçãoDo metal
Acabamentofinal
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E
È o mineral do qual se extrai um elemento químico, por exemplo: Hematita (Fe2O3)
Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3 CO2
CO está atuando como agente redutor para formação do ferro metálico.
AP
LIC
AÇ
ÕES
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ELETR
ÓLIS
E
Minério
AP
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ÓLIS
E Siderurgia
Ferro gusa ou ferro fundido ( ao sair do forno): 5 % de carbono, sendo muito quebradiço.
Ferro doce (após purificação): 0,2% de carbono.
Aço: 1,5% de carbono
Latão: liga de zinco e cobre
Bronze: Liga de estanho e cobre
AP
LIC
AÇ
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ÓLIS
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Heroult Charles Martin Hall
AP
LIC
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ÓLIS
EGrandes estudiosos
Obtido 1825, mas somente em 1886 foi descoberto um processo econômico para extraí-lo, pois o ponto de fusão da alumina (Al2O3) é acima de 2000c.
• Consome muito energia por grama de metal produzido;
• Utilizando uma corrente de 100 A, são necessárias 800h para produzir 27 kg de alumínio.
Alumínio
Por que reciclar o alumínio?
Redução do alumínioA
PLIC
AÇ
ÕES
DA
ELETR
ÓLIS
E
1) A alumina é dissolvida em um banho de criolita fundida e fluoreto de alumínio em baixa tensão, decompondo-se em oxigênio (fórmula da criolita: Na3AlF3)
2) O oxigênio se combina com o ânodo de carbono, desprendendo-se na forma de dióxido de carbono, e em alumínio líquido, que se precipita no fundo da cuba eletrolítica
3) São produzidos os lingotes, as placas e os tarugos (alumínio primário).
4) A voltagem de cada uma das cubas, ligadas em série, varia de 4 V a 5 V, dos quais apenas 1,6 V são necessários para a eletrólise propriamente dita. A diferença de voltagem é necessária para vencer resistências do circuito e gerar calor para manter o eletrólito em fusão.
5) Basicamente, são necessárias cerca de 5 t de bauxita para produzir 2 t de alumina e 2 t de alumina para produzir 1 t de alumínio pelo processo de redução.
Entenda o processo...
bauxita
alumina alumínio
Uma pilha (ou reação galvânica) é um processo que gera uma diferença de potencial e uma corrente elétrica.
Nesse processo associamos duas reações que apresentam potenciais de oxi-redução diferentes entre sí.
Os potenciais de oxi-redução “medem” a capacidade de oxidação ou de redução de um sistema.
PIL
HA
S
PIL
HA
SPara os cátions, os metais
alcalinos e alcalino-terrosos, por serem muito eletropositivos, apresentam elevado potencial de oxidação enquanto que os metais de transição apresentam, em relação aos primeiros elevado potencial de redução.
Para fins comparativos, arbitra-se potencial zero para a reação
H2 - 2 e- 2 H+ E = 0,0 V
PIL
HA
S Exemplos de Potenciais de Exemplos de Potenciais de
reduçãoredução
Li+ + 1 e- Li E = - 3,04 V
Na+ + 1 e- Na E = - 2,71 V
Zn++ + 2 e- Zn E = - 0,76 V
2H+ + 2 e- H2 E = 0,00 V
Cu+2 + 2e- Cu E = + 0,34 V
Ag+ + 1 e- Ag E = + 0,80 V
Au+3 + 3e- Au E = + 1,50 V
PIL
HA
SUma das primeiras pilhas Uma das primeiras pilhas
conhecidas é a de conhecidas é a de DANIELLDANIELL, que , que consiste de um eletrodo de cobre e consiste de um eletrodo de cobre e outro de zinco, segundo o esquema:outro de zinco, segundo o esquema:
Zn(s) - 2e - Zn 2+
Solução deSolução de
ZnSOZnSO44
Solução deSolução de
CuSOCuSO44
Oxidação
Cu2+ + 2e - Cu(s)
Redução
CÁTODOÂNODO
- +
PIL
HA
S
Na pilha de Daniell o Zn tende a se oxidar pois apresenta menor potencial de redução ( - 0,76 V) enquanto cobre apresenta maior potencial de redução ( + 0,34 V).
Para a reação global ocorre o seguinte:
Zn - 2 e- Zn+2
Cu+2 + 2 e- Cu
PIL
HA
SAssociado as duas reações
resulta:
Zn + Cu+2 Zn+2 + Cu
* Zn sofre oxidação;
* Cu+2 sofre redução.
PIL
HA
SRepresentação da pilha de Daniell
Zn / Zn+2 // Cu+2 / Cu
(ânodo: -) (cátodo: +)
fluxo de elétrons
oxidação redução
redutor oxidante
Epilha = Eoxidante - Eredutor
(sempre usar o potencial de redução)
PONTE SALINA
PIL
HA
SObserve que o sinal convencional do
cátodo e do ânodo, na pilha, é o contrário do que ocorre na eletrólise.
Justifica-se:
* eletrólise: reação “forçada”
* pilha: reação espontânea.
Contudo, tanto nas pilhas quanto nas reações de eletrólise
- cátodo chegam elétrons
- ânodo saem elétrons
PIL
HA
SPotencial na pilha de Daniell
Eoxidante(Cu) = + 0,34 Volts
Eredutor(Zn) = - 0,76 Volts
Epilha = Eoxidante - Eredutor
Epilha = + 0,34 - (- 0,76) = 1,10 Volts.
* Epilha > 0 : reação espontânea
* Epilha < 0 : reação não-espontânea
OU
TR
AS
PIL
HA
SPilha comum (Leclanché)
REAÇÕES:
1) Ânodo
Zn - 2e- Zn+2
2) Cátodo
MnO2 + 2e- Mn+2
cátodo decarbono (grafite)
ânodo de zinco
pasta úmida deNH4Cl , MnO2
e carbono
OU
TR
AS
PIL
HA
SBateria ou acumulador (automóvel)
(+)
(-)
placas alternadas de Pb e PbO2
H2SO4
+H2O Pb
(ânodo)
PbO2
(cátodo)