ELETRÓLISE

1

Profa. Leila Aguilera

ELETRÓLISE

� É o processo no qual a energia elétrica é usada para forçar a ocorrência de uma reação química não espontânea.

ELETRÓLISE

POLARIZAÇÃO

É A DIFERENÇA DE POTENCIAL ENTRE DOIS PONTOS DE UM CIRCUITO.

SÓ HAVERÁ CORRENTE ELÉTRICA

QUANDO EXISTIR POLARIZAÇÃO .

2

ELETRÓLISE

ÂNODO

Eletrodo polarizado POSITIVAMENTE, onde ocorrem as reações de OXIDAÇÃO (perda de elétrons) atraindo os ânions.

Ânions (A -) migrando para o ânodo(polo positivo) e sofrendo oxidação :

A- A + e-

ELETRÓLISE

CÁTODO

Eletrodo polarizado NEGATIVAMENTE, onde ocorrem as reações de REDUÇÃO (ganho de elétrons) atraindo os cátions.

Cátions (C +) migrando para o cátodo(polo negativo) e sofrendo redução :

C+ + e- C

ELETRÓLISE

SOLUÇÃO ELETROLÍTICA

Solução química que tem como propriedades a dissociação de íons, quando da passagem de

uma corrente elétrica.

3

CÉLULA ELETROLÍTICA

Dois eletrodos inseridos entre um gerador de

energia elétrica, o qual circula uma corrente

elétrica, imersos em uma solução eletrolítica.

DISSOCIAÇÃO ELETROLÍTICA

DISSOCIAÇÃO ELETROLÍTICA

Para provocar a passagem da corrente

elétrica, é necessário ter íons em movimento, o

que pode ser conseguido aquecendo-se o sal até a sua fusão

ou adicionando-se água, provocando uma

dissociação dos íons.

4

ELETRÓLISE ÍGNEA

Reação química provocada pela passagem de corrente

elétrica através de um composto iônico fundido.

ELETRÓLISE ÍGNEA DO NaCl

Aquecendo o NaCl a 808°C, ele se

funde e, no estado líquido, os íons Na+

e Cl- passam a ter liberdade de movimento.

NaCl Na+ + Cl-∆


No pólo - : 2Na+ + 2e- �� 2Na°(catodo)

No pólo + : 2Cl- �� Cl2 + 2e-

(ânodo)

2Na+ + 2Cl- �� 2Na° + Cl2

Reação Global

5



Cálculo da ddp:

∆E° = E° cátodo – E ° ânodo

∆E°= + 1,36 – (- 2,71) = 4,07 V

A eletrólise só ocorrerá se o gerador fornecer uma voltagem superior a 4,07 V, isto é, maior que o ∆E° calculado por meio da tabela dos potenciais padrão, de modo a vencer as resistências elétricas do circuito.

ELETRÓLISE AQUOSA

Reação química provocada pela passagem de

corrente elétrica através de uma solução aquosa de um eletrólito.

6

ELETRÓLISE AQUOSA

Os íons H+, provenientes da água, irão competir com os cátions provenientes do eletrólito.

2 H+(aq) + 2e- � H2 (g)

H2O �� H+(aq) + OH-

(aq)

Os íons OH-, provenientes da água irão competir com os ânions provenientes do eletrólito.

4 OH-(aq) � O2(g) + 2H2O(l) + 4 e- ou

2 OH-(aq) � ½ O2(g) + H2O(l) + 2 e-

ELETRÓLISE AQUOSA

QUAL ÍON SERÁ O VENCEDOR?

O H+ da água ou o cátion do eletrólito ?

O OH– da água ou o ânion do eletrólito ?

FACILIDADE DE DESCARGANOS ELETRODOS

7

PILHA & CÉLULA ELETROLÍTICA

CÁTODO(redução)

PILHA - apresenta sinal (+) e recebe elétrons.

CÉLULA ELETROLÍTICA - apresenta sinal(-) e fornece elétrons dos cátions do eletrólito.


ÂNODO(oxidação)

PILHA - apresenta sinal (-) e fornece elétrons.

CÉLULA ELETROLÍTICA - apresenta sinal(+) e recebe elétrons dos ânions do

eletrólito.


8

ELETRÓLISE AQUOSA DO CLORETO DE SÓDIO – NaCl (aq)



9

ELETRÓLISE AQUOSA DO SULFATO DE COBRE – CuSO 4(aq)

ELETRÓLISE AQUOSA DO BROMETO DE NÍQUEL – NiBr 2(aq)

ELETRÓLISE AQUOSA DO HIDRÓXIDO DE POTÁSSIO – KOH (aq)

10

ELETRÓLISE DA SALMOURA

Equipamento utilizado na eletrólise.

Eletrodos de inox e grafite mostrando bolhas (H 2 e Cl2)

respectivamente na superfície.

ELETRÓLISE DA SALMOURA

Presença e ausência de cloro mostradas na água

sanitária e água destilada, respectivamente.

Teste de cloro na eletrólise da salmoura.

PRODUÇÃO CLORO-SODA

Processo Produtivo da Cia.

Agro Industrial Igarassu-PE

11


Tratamento de Salmoura:

A partir do sal e da água é preparada uma solução denominada Salmoura com concentração de 300g/L. Essa solução é purificada utilizando carbonato de sódio e soda cáustica para precipitação dos íons Cálcio e Magnésio, respectivamente.


A solução de salmoura devidamente purificada étransportada por bombeamento para células eletrolíticas, as quais recebem energia elétrica de baixa voltagem e alta amperagem, produzindo o amalgama de sódio e o Gás Cloro.

Processo Eletrolítico (Eletrólise):

Numa segunda etapa o amálgama de sódio segue para o compartimento secundário denominado DECOMPOSITOR onde, após reação com a água, são produzidos a Soda Cáustica Líquida e o Hidrogênio.


12


O Gás Cloro segue para as etapas de purificação e liquefação ou é utilizado como matéria-prima em plantas paralelas.

A Soda Cáustica Líquida é resfriada, filtrada e enviada aos tanques de armazenamento para posterior expedição ou utilização em outras plantas da fábrica.

O Hidrogênio Gasoso éresfriado, filtrado e enviado ao tanque pulmão para venda ou utilização interna como combustível.

Células Eletrolíticas:

NaCl + Hg �� NaHg + ½ Cl 2

Decompositor:

NaHg + H2O �� NaOH + H2 + Hg



A Soda Cáustica em Escamas éobtida por evaporação da soda cáustica líquida, a qual passa de uma concentração de 50% para 70% com a retirada da água . A soda cáustica concentrada éposteriormente resfriada ocorrendo choque térmico e conseqüente cristalização.

Produção de Soda Cáustica em Escamas:

NaOH NaOH

(50% Líquida) (70% Escama)

13

Produção de Cloro Liquefeito:


O Cloro Gás proveniente das células passa por um processo de lavagem, secagem e compressão com posterior liquefação por aplicação de pressão a baixas temperaturas, formando um líquido de cor âmbar denominado Cloro Liquefeito, o qual é armazenado em tanques cilíndricos horizontais com isolamento térmico para posterior expedição.

Cl2 ( Gás ) Cl2 ( Líquido ) P T


Para se obter Hipoclorito de Sódio utiliza-se uma torre de absorção onde ocorre a reação entre a soda cáustica líquida e o cloro gasoso com temperatura controlada. O produto pronto éarmazenado em tanques cilíndricos verticais para posterior expedição.

Produção de Hipoclorito de Sódio:

Cl2 + 2 NaOH NaClO + NaCl + H2O


Com uma planta periférica, fabrica-se o Ácido Clorídrico, obtido através da queima controlada do cloro com o hidrogênio em fornos especiais, seguido de absorção em água purificada. O produto pronto é armazenado em tanques cilíndricos verticais para posterior expedição.

Produção de Ácido Clorídrico :

H2 + Cl2 2 HCl (100% gás) 2 HCl (33% liquido)nH2O

14

1 mol de elétrons

(6,02 . 1023 e-)

9,65 . 104 C = 1 faraday(F)

Q = i . t

carga = corrente . tempo

Coulomb (C) = Ampère (A) . Segundo (s)

Transporta

ASPECTOS QUANTITATIVOSDA ELETRÓLISE

A massa de uma substância produzida em um eletrodo é

diretamente proporcional à carga que atravessa a célula eletrolítica

Exemplo: deposição de zinco

Primeira Lei de Faraday

Primeira Lei de Faraday

- Para depositar um mol de Zn (65g/mol) são necessário 2 moles de elétrons, que constituem uma carga de 2 X 96500C.

- Logo: m1 = (65g . Q1) / (2 . 96500C)

m2 = (65g . Q2) / (2 . 96500C) K = constante

m3 = (65g . Q3) / (2 . 96500C)

m = K . Q = K . i . t

15

Segunda Lei de Faraday

Quando diferentes substâncias são submetidas a eletrólise sob a mesma carga elétrica, as massas produzidas nos eletrodos são diretamente proporcionais às respectivas massas molares.

Exemplo: soluções dos cátions Ag+, Zn+2, Au+3 em células eletrolíticas ligadas em série e percorridas pela mesma carga elétrica

- Embora a carga elétrica seja a mesma nas três célu las, verificamos que as massas dos metais depositadas em cada eletrodo são diferentes.

-O íon Zn +2 , sendo bi positivo, exige o dobro de elétrons que o íon Ag +, que é mono positivo. O íon Au +3 , por sua vez exige o triplo de elétrons que o íon Ag +.

m = (M . Q) / (q . 96500)

onde: m (massa)

M (massa molar)

Q (carga elétrica)

q (carga dos íons)

96500 (carga de 1mol de elétrons)

Segunda Lei de Faraday


EXEMPLOS:

I . Uma peça de bijuteria recebeu um “banho de prata” por um processo eletrolítico. Sabendo que nessa deposição o Ag+ se reduz a Ag° e que as quantidades de carga envolvida no processo foi de 0,01 faraday, qual é a massa de prata depositada?

(Massa Molar: Ag = 108 g/mol)

16


Ag + + e- �� Ag

1 mol de 1 mol

elétrons

1 faraday 108 g

0,01 faraday x

X = 0,01F . 108 g = 1,08 g de Ag

1F


II. Se considerarmos que uma quantidade de carga igual a 9650 C é responsável pela deposição de cobre quando é feita uma eletrólise de CuSO4(aq) , qual será a massa de cobre depositada?

(Massa Molar: Cu = 64 g/mol)


CuSO4 � Cu+2 + SO4-2

Cu+2 + 2e- Cu

2 mol de e- 1 mol

2. (96500 C) 64 g

9650 C x

x = 3,2 g de Cu

17


III. Numa pilha de flash antiga, o eletrólito estácontido numa lata de zinco que funciona como um dos eletrodos. Que massa de Zn éoxidada a Zn+2 durante a descarga desse tipo de pilha, por um período de 30 minutos, envolvendo uma corrente de 5,36 . 10-1 A?

Massa Molar: Zn = 65 g/mol


i = 5,36 . 10-1 A

t = 30 minutos = 30.60s = 1800s

Q = i . t

Q = 5,36 . 10-1 A . 1800s = 965C

Zn � Zn+2 + 2 e-

1 mol 2 mol de e-

65 g 2.96500 C

x 965 C x = 3,25 . 10-1g de Zn

Pureza de 99,9%

Eletrólise de CuSO 4 em solução aquosa com eletrodos de cobre

Ânodo: eletrodo de Cu impuro / - Cátodo: eletrodo de Cu puro

Semi-reações: Cuo (ânodo) →→→→ Cu+2aq + 2e

Cu+2aq + 2e →→→→ Cuo (cátodo)

Nenhuma reação global é obtida, pois os reagentes e produtos se cancelam. O que aconteceu foi apenas um a purificação do cobre.

Aplicações da Eletrólise

�Purificação de Cobre

18

Se na eletrólise do cobre substituirmos o cátodo por um objeto metálico, podemos revesti-lo com uma fina camada de cobre.

Nomes particulares:

-cobreação (quando o depósito é de cobre)

-cromação (quando o depósito é de cromo)

-niquelação (quando o depósito é de níquel)

Processo pelo qual um metal é recoberto por uma fina camada de outro metal através da eletrólise

�Galvanoplastia:


O alumínio é obtido pela eletrólise da alumina (Al2O3) que éextraída da bauxita (Al2O3 . 2H2O + impurezas).

Semi- reações: 2Al +3 + 6e- →→→→ 2Al (líquido) (cátodo)

3O-2 →→→→ 3/2 O2 + 6e- (ânodo)

2Al +3 + 3O-2 →→→→ 2Al (líquido) + 3/2 O2

Por ter maior densidade que a mistura, o alumínio metálico permanece no fundo do recipiente, de onde é retirado por escoamento.

�Obtenção do Alumínio:



�Obtenção dos metais alcalinos :

* Não são encontrados no estado livre.* Não podem ser obtidos através de decomposição térmica .

* Não podem ser obtidos através da redução de seus óxidos .

* A eletrólise em solução aquosa não é eficaz.

Os metais alcalinos podem ser obtidos por eletrólise de um sal fundido, geralmente dos haletos fundidos.

ELETRÓLISE ÍGNEA

19

ELETRÓLISE

Documents

ELETRÓLISE