* 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.

AP

LIC

AÇ

ÕES

DA

ELETR

ÓLIS

E

* Obtenção de elementos:

È a sequência de processos que visa obter a partir do minério correspondente.

AP

LIC

AÇ

ÕES

DA

ELETR

ÓLIS

E

* Metalurgia:

Extração do minério

Purificação dominério

Redução

PurificaçãoDo metal

Acabamentofinal

AP

LIC

AÇ

ÕES

DA

ELETR

ÓLIS

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

DA

ELETR

ÓLIS

E

Minério

AP

LIC

AÇ

ÕES

DA

ELETR

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

ÕES

DA

ELETR

ÓLIS

E

Heroult Charles Martin Hall

AP

LIC

AÇ

ÕES

DA

ELETR

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)