O que é eletrólise?
O que você acha que aconteceria se você colocasse uma corrente elétrica em um copo d’água? Se você configurá-lo corretamente, poderá ver bolhas de gás subindo para a superfície. O que está acontecendo dentro da água para fazer as bolhas? É um processo chamado eletrólise, que usa eletricidade para separar compostos químicos. Dentro do copo d’água, as moléculas de água estão sendo divididas para produzir gás hidrogênio e oxigênio, que borbulha na superfície. A palavra eletrólise vem do grego lysis, que significa ‘dissolver’ ou ‘quebrar’.
Embora a água borbulhando pareça muito legal, a eletrólise pode fazer muito mais do que apenas fazer a água borbulhar. Ele pode ser usado para criar oxigênio para astronautas na estação espacial, extrair metais puros de compostos metálicos e até mesmo ganhar centavos!
Células eletrolíticas e reações de redução de oxidação
Dispositivos especialmente projetados chamados células eletrolíticas são usados para realizar a eletrólise. Uma célula eletrolítica contém dois eletrodos e uma solução com íons dissolvidos, chamada de eletrólito . Você também precisa de uma fonte de energia elétrica, como uma bateria. A eletrólise não acontecerá espontaneamente e sempre requer eletricidade. Quando os eletrodos são conectados a uma bateria (ou outra fonte de energia elétrica), um fica carregado positivamente e o outro negativamente. Esses eletrodos carregados podem então reagir com os íons no eletrólito.
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O tipo de reação química que ocorre em uma célula eletrolítica é chamada de reação de oxidação-redução. O eletrodo carregado negativamente, conhecido como cátodo , reduz os íons positivos adicionando elétrons a eles, criando átomos neutros. Ao mesmo tempo, o ânodo carregado positivamente oxida íons negativos para produzir mais elétrons livres. Essas duas meias-reações geram novos produtos químicos e também completam o circuito com a bateria para manter a corrente fluindo através da célula.
Metade de oxidação da reação: X – → X + e –
Metade de redução da reação: Y + + e – → Y
Eletrólise da Água
Para entender o processo de eletrólise, vamos primeiro examinar um dos processos eletrolíticos mais comuns e mais simples, a eletrólise da água. Nesse processo, as moléculas de água (H 2 O) são divididas para produzir o gás hidrogênio (H 2 ) e oxigênio (O 2 ).
Para realizar uma eletrólise de água, você precisa de uma célula eletrolítica com dois eletrodos dentro de uma solução de água com eletrólitos. Embora as moléculas de água se dissociem em íons de hidrogênio (H + ) e hidróxido (OH – ), a água pura não conduz eletricidade muito bem, então você precisa adicionar alguns íons extras para tornar a eletrólise viável.
Depois de conectar os eletrodos a uma bateria, os íons H + serão reduzidos no cátodo para produzir gás hidrogênio e as moléculas de água serão oxidadas no ânodo. O resultado dessa reação de oxidação-redução é a produção de oxigênio e hidrogênio gasoso.
Reação de redução: 2H + + 2e – → H 2
Reação de oxidação: 2 H 2 O → O 2 + 4 H + + 4 e –
Resultado geral da reação: 2 H 2 O → 2 H 2 + O 2
Por que você deseja realizar a eletrólise da água? O hidrogênio é usado em muitas aplicações industriais, incluindo a produção de células a combustível de hidrogênio, e esta é uma maneira relativamente fácil de fazê-lo. É também uma boa maneira de produzir oxigênio, especialmente em situações em que transportar grandes quantidades de gás oxigênio não é tão viável, como na Estação Espacial Internacional. O oxigênio que os astronautas respiram enquanto estão na estação espacial é criado pela eletrólise da água!
Eletrólise de compostos metálicos
A eletrólise também é comumente usada para extrair metais puros de compostos metálicos. Por exemplo, você pode obter sódio metálico a partir do cloreto de sódio (mais conhecido como sal de cozinha) usando eletrólise. Para extrair o sódio metálico, você deve primeiro derreter o cloreto de sódio e depois colocar dois eletrodos no sal derretido. Ele deve ser derretido para que os íons possam se mover livremente. Os íons de sódio (Na + ) são atraídos para o cátodo carregado negativamente, onde se combinam com os elétrons para produzir o metal sódio, que se precipita no eletrodo. No ânodo, os íons cloro (Cl – ) são oxidados para produzir elétrons livres e gás cloro (Cl 2 ).
2NaCl → 2Na + Cl 2
Um processo semelhante pode ser usado para extrair muitos tipos diferentes de metais de compostos que ocorrem naturalmente.
Galvanoplastia
A eletrólise também pode ser usada para revestir objetos metálicos com uma fina camada de outro metal, um processo denominado eletrodeposição . Para galvanizar um metal com outro, você precisa de dois eletrodos metálicos. O metal do ânodo será oxidado, fazendo com que se dissolva em íons de metal na solução. Esses íons se depositarão no cátodo metálico em uma camada fina e uniforme.
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A galvanoplastia é usada na produção de moedas de um centavo, que são feitas principalmente de zinco, com uma fina camada de cobre galvanizado no topo. Também é comumente usado para revestir peças de carros e eletrodomésticos com cromo para aumentar sua resistência à corrosão e para revestir joias baratas com ouro ou prata.
Resumo da lição
Eletrólise é o processo de usar eletricidade para separar compostos químicos, causando a reação química de oxidação-redução. Para realizar a eletrólise, você precisa de uma célula eletrolítica com dois eletrodos, conhecida como cátodo e ânodo , uma solução eletrolítica (chamada de eletrólito) para conduzir eletricidade entre eles e uma fonte de energia elétrica como uma bateria. Você também precisa derreter o cloreto de sódio antes de realizar a eletrólise para que os íons de sódio e cloreto possam se mover e conduzir eletricidade entre os eletrodos. A eletrólise pode ser usada para produzir gás hidrogênio e oxigênio a partir da água (que é como eles produzem oxigênio na Estação Espacial Internacional!), Para extrair metais puros de compostos metálicos e para galvanizar um metal com outro. A galvanoplastia é usada em muitas áreas diferentes, desde o revestimento de peças de automóveis com cromo até o revestimento de moedas de um centavo com cobre.