Eletrólise aquosa: como identificar essa reação química

A eletrólise é um processo eletroquímico forçado, não espontâneo, que visa obter compostos importantes que não existem na natureza. Podem sofrer o processo de eletrólise tanto compostos iônicos fundidos (eletrólise ígnea), quanto soluções aquosas de ácidos, bases e sais (eletrólise aquosa). Nesta aula, aprenderemos mais sobre a eletrólise aquosa.

A eletrólise aquosa é um processo não espontâneo onde as reações de oxirredução são efetuadas mediante corrente elétrica em meio aquoso, ou seja, na presença de água.

O fundamento inicial para dominar os processos de Eletrólise você aprende agora, com esta introdução ao tema, com a professora Larissa Campos, do canal do Curso Enem Gratuito:

As dicas da professora Larissa:

1. A eletrólise é um processo eletroquímico forçado, não espontâneo, que visa obter compostos importantes que não existem na natureza.
2. Neste processo de eletrólise, é necessário fornecer eletricidade para que as reações de oxirredução possam ocorrer, pois elas não ocorrem naturalmente.
3. A eletrólise ocorre em substâncias iônicas, que se mantêm por meio de ligações iônicas realizadas entre metais com ametais.
4. Confira na introdução acima, e depois veja abaixo a Eletrólise Aquosa.

Eletrólise aquosa

Sempre que adicionamos água ao sistema, esta passa a participar da reação. A água sofre auto ionização, formando íons H+ e OH-, através da seguinte equação:

H₂O ⇋ H+ + OH-

No processo da eletrólise aquosa teremos sempre quatro equações, que representam a equação de auto ionização da água, a equação de dissociação do sal, a equação de redução do cátion e a equação de oxidação do ânion.

As equações de eletrólise aquosa

Assim como falamos acima, a eletrólise aquosa se dissocia em quatro equações diferentes. Devemos sempre somar essas quatro equações, que resultarão na equação global da eletrólise. Não podemos esquecer de balancear sempre as equações, por meio do acerto da quantidade de elétrons, dos elementos e das substâncias presentes em cada equação.

Para que você compreenda melhor essa reação, vamos agora realizar a eletrólise aquosa do cloreto de sódio (NaCl). Sabemos que esta eletrólise ocorre em meio aquoso, assim, o NaCl se separa (dissocia) em íons Na⁺ (aq) e Cl^– (aq).

NaCl → Na⁺ (aq) + Cl^– aq)

Sabemos que o Na+ forma metais, e o Cl- forma gases.
Agora vamos representar as equações destes íons Na⁺ e Cl^– . Observe:

Na⁺ + 1 e^– → Na⁰(s)

Note que o Na ganha elétrons, sofrendo o processo de redução. Observe agora o Cloro:

2 Cl^– → Cl2(g) + 2 e^–

Perceba que este elemento perde elétrons, sofrendo o processo de oxidação.

Balanceamento de equações na eletrólise aquosa

Agora, não podemos esquecer de balancear a equação. Veja que temos duas moléculas de cloro nos produtos e duas nos reagentes. Temos duas cargas negativas nos produtos e duas cargas negativas nos reagentes.

Assim, como temos a presença da água, esta molécula também reagirá, ou seja, sofre a auto ionização, formando os íons H+ e OH-.

H2O ⇋ H⁺(aq)+ OH ^– (aq)

Vamos agora realizar as equações dos íons H+ e OH-.

2H⁺ + 2 e^– → H_2(g)

Devemos balancear essas equações também pois temos duas moléculas de hidrogênio nos produtos, e duas nos reagentes também.

Atenção: o elemento hidrogênio não pertence à família 1A, apresenta características da família 7A. Na realidade ele não tem família, e pela distribuição na tabela periódica por ordem crescente de número atômico, o elemento hidrogênio está na família 1A.

2OH^–→ ½ O2 + H2O + 2 e^–

Percebemos aqui a existência de quatro equações, onde temos quatro substâncias para serem ligadas em dois eletrodos apenas. Temos duas substâncias positivas (Na⁺ e H⁺) que competirão para ir ao eletrodo negativo, e duas substâncias negativas (Cl^– e OH ^–) que competirão para ir ao eletrodo positivo conforme figura abaixo.

Somente uma substância de cada polo poderá se ligar ao seu respectivo eletrodo. Assim, temos uma tabela de facilidade de descarga em ordem crescente.

Nesta tabela a referência é o H⁺e o OH ^– da molécula de água. Todos os elementos que se encontram acima do H⁺ e do OH^– descarregam primeiro, e os elementos que se encontram abaixo não descarregam.

• No polo negativo, as famílias 1A, 2A e o alumínio são os que menos descarregam.
• No polo positivo, os ânions oxigenados e o fluoreto são os que menos descarregam.

A eletrólise aquosa de NaCl

Voltamos agora a eletrólise aquosa do NaCl: temos Na⁺ e H⁺ e Cl^– e OH ^– , devemos por meio da tabela de facilidade de descarga verificar qual irá se ligar ao seu respectivo eletrodo.

Entre o Na⁺ e H⁺, quem perderá a sua carga é o H⁺, e entre o Cl^– e OH ^–, quem se descarregará é o Cl^– .Assim, trabalharemos com as equações do cloro e do hidrogênio, além da equação de dissociação do NaCl e a equação de auto ionização da água.

NaCl(s) → Na⁺+ Cl^– (x2)

H2O → H⁺ + OH ^– (x2)

2H⁺ + 2 e^_ → H2(g)

2Cl^– → Cl2(g) + 2e^_

Temos nossas quatro equações da eletrólise aquosa do NaCl.

Eletrólise aquosa na equação global

Um último detalhe a se prestar atenção é que sempre devemos eliminar os elétrons da equação global, mas para isso eles devem estar sempre nas mesmas quantidades. Observamos até aqui que temos os elétrons nas mesmas quantidades e em lados opostos, assim poderão ser eliminados da equação global.

Observamos ainda que temos duas moléculas do íon cloro na última equação, e na primeira equação, temos apenas uma molécula. Assim, devemos multiplicar a primeira equação por dois. Observamos também que temos duas moléculas do íon hidrogênio na terceira equação, e apenas uma molécula do íon hidrogênio na segunda equação. Assim, devemos multiplicar a segunda equação por dois.

Este procedimento tem como objetivo eliminar o máximo de elementos que farão parte da equação global. Nossas novas equações serão:

2 NaCl(s) → 2Na⁺+ 2Cl^–

2 H2O → 2H⁺ + 2OH ^–

2H⁺ + 2e^–→ H2(g)

2Cl^– → Cl2(g) + 2e^–

_______________________________________

2 NaCl(s) + 2 H2O → 2Na⁺+ 2OH ^–+ H2(g) + Cl2(g

A eletrólise aquosa do NaCl produz o gás hidrogênio, gás cloro e soda cáustica, em meio alcalino.

Exemplos

Eletrólise aquosa do cloreto de níquel (NiCl2): na presença de água se dissocia formando os íons ²⁺ e Cl^–

NiCl₂ → ²⁺+ 2Cl^–

OBS: devemos balancear a equação.
Agora vamos realizar a auto ionização da água:

H2O → H⁺ + OH ^–

Sabemos que teremos quatro elementos para competir pela descarga: ²⁺ e H⁺, e Cl^–.e OH ^–.
Entre o ²⁺ e H⁺, quem ganha é o ²⁺ e entre o Cl^–.e OH ^–, quem ganha é o Cl^–.
Vamos agora representar as equações do ²⁺ e do Cl^–

²⁺+ 2e^– → ⁰(s) (forma metal, ganha elétrons, sofre redução)

2Cl^–→ Cl2 + 2e^– (forma o gás cloro, perde elétrons, sofre oxidação)

Vamos agora somar todas as nossas equações:

NiCl2 → ²⁺ + 2 Cl^–

²⁺ + 2e^– → ⁰(s)

2Cl^–→ Cl₂ + 2e^–

________________________

NiCl2 → ⁰ + Cl2

OBS: quando não utilizar nenhum íon da molécula de água, pode-se retirar a água da reação. O mesmo se aplica a molécula do sal.

Nas reações para compor a eletrólise, quando se usa o H⁺ da água, forma-se uma base, e quando se usa o OH ^– da água, forma-se um ácido.

Videoaula sobre eletrólise aquosa

Para complementar seus estudos, confira a videoaula com a professora Larissa:

Exercícios sobre Eletrólise Aquosa

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