O que é a eletrólise e como ela funciona

A eletrólise é um processo eletroquímico forçado, não espontâneo, que visa obter compostos importantes que não existem na natureza, como o NaOH, H₂, Cl₂, Al. Veja agor ano resumo de Química Enem.

Neste processo de eletrólise, é necessário fornecer eletricidade para que as reações de oxirredução possam ocorrer, pois elas não ocorrem naturalmente. A eletrólise ocorre em substâncias iônicas, que se mantêm por meio de ligações iônicas realizadas entre metais com ametais.

É importante mencionar que existem dois tipos de eletrólise: a ígnea e a aquosa. Mas nesta aula vamos focar nos conceitos gerais da eletrólise.

Como ocorre a eletrólise

Os compostos iônicos fundidos (que se encontram no estado líquido) e as soluções aquosas de sais, ácidos e bases  podem sofrer o processo de eletrólise. Confira no resumo com a professora Larissa Campos, do canal do Curso Enem Gratuito:

Quando uma substância iônica é colocada em água, ela se dissocia liberando íons. Como exemplo, podemos esquematizar a dissociação do cloreto de sódio:

NaCl  →  Na⁺ + Cl^–

O elemento sódio é positivo porque ele perde elétrons, e o elemento cloro é negativo porque ele ganha elétrons naturalmente.

O processo de eletrólise faz com que o sódio, que já está formado, passe a ganhar elétrons, sofrendo um processo de redução, forçando essa reação.

Na⁺ + e^– →  Na⁰

Esse processo não é natural, temos que forçar o sódio a ganhar elétron.

O processo de eletrólise faz com que o cloro passe a perder elétrons, sofrendo um processo de oxidação, forçando essa reação.

Cl^–  → Cl² + e^–

Esse processo também não é natural, temos que forçar o cloro a perder elétrons.

Elementos metais e ametais na eletrólise

A eletrólise realiza um processo que não é natural, ou seja, realiza o inverso do que naturalmente ocorre, quebrando um composto por meio da energia elétrica. Assim, os metais passam a receber elétrons e os ametais passam a doar elétrons.

Os metais sofrem redução, pois recebem elétrons, e os ametais sofrem oxidação, pois doam elétrons.

Vamos fazer algumas reações com metais, sabendo que eles recebem elétrons formando metal sólido:

Na⁺ + 1 e^– → Na⁰

Cu⁺² + e^– → Cu⁰

Al⁺³ + 3 e^– → Al⁰

Os metais na forma iônica originam os metais sólidos.

Os ametais se transformam em gases como Cl2, O2, F2.

2 Cl^– → Cl₂ + e^–

2 0^-2 → 0₂ + 4e^–

2 F^– → F₂ + 2e^–

OBS: devemos sempre fazer o balanceamento da reação química, dos elementos e dos elétrons.

Cuba eletrolítica

Para ocorrer a eletrólise necessitamos de uma cuba eletrolítica, onde ficam mergulhados compostos iônicos que irão realizar as reações de oxirredução. Nesta solução também temos dois eletrodos inertes (o cátodo e o ânodo), que são materiais condutores de corrente. Os eletrodos não reagem e, por isso, não interferem nas reações.

Estes eletrodos podem ser a platina e/ou grafite. Cada eletrodo está ligado a um fio condutor, que posteriormente será ligado a um gerador (pilha), onde já temos os polos definidos. O polo negativo liga-se ao eletrodo negativo, e o polo positivo liga-se ao eletrodo positivo.

A reação irá ocorrer quando o gerador for ligado. A placa positiva atrai o íon negativo (ânion), e a placa negativa atrai o íon positivo (cátion). Na placa positiva  ocorre o processo de oxidação, onde há a perda de elétrons e o eletrodo é denominado ânodo.

Enquanto isso, na placa negativa ocorre o processo de redução, que é o ganho de elétrons, e o eletrodo é denominado cátodo. Na eletrólise, os elétrons se dirigem para o cátodo, que é o polo negativo, conforme podemos observar na figura abaixo.Esquema de uma cuba eletrolítica

Podemos dizer que a eletrólise é um processo inverso ao funcionamento das pilhas. As pilhas são reações químicas de oxirredução espontâneas, geram eletricidade e tem o ddp maior do que zero.

Nas pilhas, o polo positivo é o cátodo, que sofre redução, ou seja, ganha elétrons, e o polo negativo é o ânodo, que sofre oxidação, ou seja, perde elétrons.

A eletrólise é uma reação química de oxirredução não espontânea e que não gera eletricidade, pois converte energia elétrica em energia química. Além disso, seu ddp é menor do que zero. A corrente elétrica provoca uma reação química, por isso que os processos eletrolíticos são muito caros.

Veja os fundamentos da Eletroquímica

Confira agora como professor Felipe Sobis os fundamentos da Eletroquímica. Há uma diferença essencial entre a Eletrólise e a Eletroquiímica, pois a Eletrólise precisa de uma indução para poder ocorrer, enquanto o processo da Eletroquímica não necessita desta indução.

Exercícios resolvidos

1- (UFRGS-RS-2010) No cátodo de uma célula de eletrólise sempre ocorre:

a) Deposição de metais.

b) Uma semirreação de redução.

c) Produção de corrente elétrica.

d) Desprendimento de gás hidrogênio.

e) Corrosão química.

Resolução: na eletrólise, o cátodo representa o polo negativo, sofrendo o processo de redução. Portanto, a resposta certa é a letra B.

2- (UDESC-2008) Os principais fenômenos estudados pela eletroquímica são a produção de corrente elétrica, através de uma reação química (pilha), e a ocorrência de uma reação química, pela passagem de corrente elétrica (eletrólise). Com relação a esses fenômenos, analise as proposições abaixo.

I – As pilhas comuns são dispositivos que aproveitam a transferência de elétrons em uma reação de oxirredução, produzindo uma corrente elétrica, através de um condutor.

II – Em uma pilha a energia elétrica é convertida em energia química.

III – O fenômeno da eletrólise é basicamente contrário ao da pilha, pois enquanto na pilha o processo químico é espontâneo (ΔEº > 0), o da eletrólise é não-espontâneo (ΔEº < 0).

Assinale a alternativa correta:

a) Somente a proposição II é verdadeira

b )Somente as proposições I e II são verdadeiras

c) Somente as proposições I e III são verdadeiras

d) Somente a proposição I é verdadeira

e)Todas as proposições são verdadeiras

Resolução: em uma pilha ocorre conversão de energia química em energia elétrica, o que produz eletricidade. Portanto, a resposta certa é a letra C.

Exercícios

1- (ENEM-2018)

A obtenção do alumínio dá-se a partir da bauxita (Al₂O₃.3 H₂O), que é purificada e eletrolisada numa temperatura de 1000ºC. Na célula eletrolítica, o ânodo é formado por barras de grafita ou carvão, que são consumidas no processo de eletrólise, com formação de gás carbônico, e o cátodo é uma caixa de aço coberta de grafita. A etapa de obtenção do alumínio ocorre no:

a) Ânodo, com formação de gás carbônico

b) Cátodo, com redução de carvão na caixa de aço

c) Cátodo, com oxidação do alumínio na caixa de aço

d) Ânodo, com depósito de alumínio nas barras de grafita

e) Cátodo, com fluxo de elétrons das barras de grafita para a caixa de aço

2- (FGV-2013)

O Brasil não é só o país do futebol, mas também um campeão de reciclagem de alumínio. A reciclagem de latas de alumínio, além de gerar rendas para milhares de pessoas, contribui para a preservação do meio ambiente e para a redução nos gastos de energia elétrica. O alumínio é produzido a partir da bauxita por um processo de eletrólise ígnea. As reações envolvidas nesse processo podem ser representadas por três equações:

I- 2 Al₂O₃ → 4 Al³⁺ + 6 O^2-

II- 4 Al³⁺ + 12 e^– →  4 Al

III-  6 O^2-  →  12 e^–  + 3 O2

Quanto ao processo da eletrólise na produção do alumínio metálico, é correto afirmar que:

a) é um processo espontâneo.

b) a semi-reação de formação de alumínio metálico é de oxidação.

c) a semi-reação de formação de oxigênio gasoso é de redução.

d) no compartimento catódico ocorre a formação de alumínio metálico.

e) a reação representada na equação I fornece energia necessária para a produção de alumínio metálico.

3- (FATEC-SP-2011)

Obtém-se magnésio metálico por eletrólise do MgCℓ2 fundido. Nesse processo, a semi-reação que ocorre no cátodo é:

a) Mg²⁺ + Mg^2- → Mg

b) Mg²⁺ – 2 e^– → Mg

c) 2 Cl⁺ – 2 e^– → Cℓ₂

d) Mg²⁺ + 2 e^– → Mg

e) 2 Cl⁺ + 2 e^–  → Cl₂

Gabarito: d

4- (VUNESP-SP-2008)

Sódio metálico e cloro gasoso são obtidos industrialmente pela passagem de corrente elétrica por NaCℓ fundido. Este processo de decomposição denomina-se:

a) osmose.

b) eletrólise.

c) hidrólise.

d) pirólise.

e) corrosão.

Gabarito:

1. E
2. D
3. D
4. B

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