Eletrólise da água

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A eletrólise ou eletroquímica é como é chamado um ramo inteiro do estudo da química, que tem como principal objetivo estudar todas as reações químicas que possam ocorrer em diferentes soluções, envolvendo sempre um condutor, que pode ser um metal ou ainda um semicondutor e ainda um condutor iônico, que na verdade é um eletrólito.

Com base neste conceito, podemos citar o primeiro registro que se tem conhecimento deste experimento. Realizado por um físico italiano no ano de 1800, chamado Alessandro Volta. Na época, Alessandro Volta utilizou discos de cobre (Cu) e de zinco (Zn) e os separou por um pedaço de algodão que estava embebido em uma solução salina. Com isto, ele foi capaz de criar o que se acredita que foi a pilha eletroquímica da história.

Mais tarde, precisamente no ano de 1807, outro estudioso químico, o Britânico Humphry Davy, foi capaz de obter potássio (K) ao passar uma corrente elétrica através do carbonato de potássio. Depois disso, em 1836, um terceiro químico também britânico, conseguiu resultados diferentes ao realizar também o processo de eletrólise. Foi John Frederic Daniell que, através de eletrodos de cobre de zinco em células individuais e um tubo que ligava duas cubas, chamada de ponte de salina utilizada para aumentar a efetividade do experimento, foi capaz de criar uma pilha. Por isso existem pilhas que são chamadas de Pilhas de Daniell.

Estas descobertas trouxeram muito conhecimento a respeito da natureza elétrica da matéria, além dos usos em produtos. Todos os processos de eletrólise são muito importantes para a indústria e entre seus muitos usos podemos citar a grande produção de alumínio e de cloro, confecção de peças como as que são usadas na indústria aeroespacial e a recarga de pilhas.

Ou seja, a eletrólise não se trata de algo que ocorre espontaneamente em nenhuma solução. É algo que precisa ser forçado para acontecer e depende sempre de uma fonte de energia que seja capaz de forçar o fluxo da corrente elétrica. São utilizadas fontes ou então pilhas para forçar que os elétrons que estão no polo positivo da cuba sejam transferidos para o lado negativo.

Quando a primeira semi-reação acontece, o gerador consegue atrair os ânions para o polo positivo e então retira os elétrons. Já na segunda, o gerador é capaz de fazer com que os elétrons sejam recebidos pelos cátions, criando assim a corrente elétrica na solução.

Eletrólise

As transformações redox que tem energia livre de reações positivas não são espontâneas, mas a eletricidade pode ser usada para fazê-las ocorrer. Por exemplo, não são comuns reações químicas espontâneas que tem como produto o flúor, assim esse elemento não pode ser isolado por uma reação química. Essa conclusão permaneceu até 1886, quando o químico francês Henri Moissan encontrou outro caminho para forçar a formação de flúor pela passagem de uma corrente elétrica através de uma mistura fundida de fluoreto de potássio de hidrogênio, o flúor continua sendo preparado comercialmente por esse processo até hoje.

A eletrólise em ação

A aplicação importante da eletrólise é a produção do sódio metálico pelo processo de Downs, a eletrólise do sal de rocha fundido.

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O cloreto de sódio é abundante como sal de rocha, mas o sólido não conduz eletricidade, porque os íons estão presos em seus lugares. Para que a eletrólise aconteça usando cloreto de sódio, ele tem que ser fundido. Os eletrodos da célula são feitos de material inerte, e a célula é projetada para armazenar, fora do contato entre si, o sódio e o cloro produzidos pela eletrólise, é também sem contato com o ar. Em uma modificação do processo cloro – álcali são o cloro e o hidróxido de sódio aquoso.

“A eletrólise é usada industrialmente para produzir alumínio e magnésio; para extrair metais de seus sais; para preparar cloro, flúor e hidróxido de sódio; para refinar cobre; e em eletrodeposição.”

Eletrólise do cloreto de sódio fundido

No estado fundido, o cloreto de sódio, é um composto iônico, pode ser eletrolisado para formar sódio metálico e cloro. A figura abaixo mostra um diagrama de uma célula de Downs que é usada para eletrólise de grande escala do NaCl.

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- Diagrama da célula de Downs

No cloreto de sódio fundido, os cátions e ânions são Na+ e Cl-, respectivamente. A célula eletrolítica contém um par de eletrodos ligados a uma bateria. A bateria serve como “bomba de elétrons”, que envia os elétrons para o cátodo (onde ocorre a redução) e os retira do ânodo (onde ocorre a oxidação).

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Eletrólise da água

A água nas condições atmosféricas, não se decompõe espontaneamente para formar hidrogênio e oxigênio gasosos porque a variação de energia livre padrão associada à reação é positiva e elevada:

[pic 7]

Contudo essa reação pode ser forçada eletrolisando-se a água em uma célula análoga à mostrada na figura abaixo. Está célula eletrolítica consiste em um par de eletrodos de um metal não reativo como a platina, imersos na água. Quando os eletrodos estão ligados à bateria, nada acontece, porque não existe na água pura um número suficiente de íons para conduzir uma quantidade apreciável de corrente.

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- Forçando a eletrólise da água

As células eletrolíticas

A eletrólise é o processo de forçar uma reação a ocorrer na direção não espontânea pelo o uso da corrente elétrica. Uma célula eletrolítica é uma célula eletroquímica na qual a eletrólise tem lugar. Os componentes na célula eletrolítica têm suas diferenças e semelhanças de uma pilha galvânica.

Célula Eletrolítica

Pilha Galvânica

Cátodo é negativo (redução)

Cátodo é positivo (redução)

Ânodo é positivo (oxidação)

Ânodo é negativo (oxidação)

Ânodo e cátodo estão