Entenda o que é eletrólise ígnea e como ela ocorre

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 ígnea.

O que é eletrólise ígnea

A eletrólise ígnea representa a reação química provocada pela passagem de corrente elétrica através de um composto iônico fundido, que sofre o processo de fusão sem a presença da molécula de água.

Exemplo de eletrólise ígnea: cloreto de sódio

A fim de que você entenda melhor, vamos explicar o processo de eletrólise ígnea do cloreto de sódio (NaCl). O NaCl sólido é aquecido, sofre fusão à alta temperatura, e se transforma em íons no estado líquido.

NaCl(s)  → Na⁺(l) + Cl^–(l)

Em seguida, vamos trabalhar com cada íon separadamente. O Na⁺ forma metal. Para isso ocorrer, precisa ganhar elétrons, sofrendo um processo de redução. O seu padrão de redução é equivalente a – 2,71V.

Na⁺ + 1 e^– → Na⁰  E⁰ = – 2,71V

O Cl^– forma o gás cloro. Para isso ocorrer, ele precisa perder elétrons, sofrendo o processo de oxidação. O seu potencial de redução é equivalente a + 1,36V.

2 Cl^– → Cl₂ + 2 e^–  E⁰ = + 1,36V

OBS: devemos sempre balancear as equações. No caso acima, temos duas moléculas de cloro nos produtos, então colocamos o número dois na frente do íon cloro. Ficaremos com duas cargas negativas e teremos que ter dois elétrons também. É por isso colocamos o número 2 na frente do e^–.

O que ocorre na eletrólise ígnea

Esquema representando a eletrólise ígnea do cloreto de sódio

O esquema acima representa o que ocorre na eletrólise ígnea do NaCl. A fusão do NaCl promove a separação dos íons, ficando estes livres na solução (Na⁺ e Cl^–). Quando ligamos o gerador, começa o fluxo forçado de elétrons. O eletrodo negativo atrai o cátion para próximo dele, e o eletrodo positivo atrai o ânion para próximo dele.

Enquanto isso, o sódio é atraído pelo eletrodo negativo, formando o sódio metálico. O cloro negativo é atraído pela placa positiva, formando o gás cloro. Nesse momento ocorre a descarga, ou seja, ocorre a semi-reação de redução no cátodo, e a semi-reação de oxidação no ânodo.

Em seguida, vamos representar as duas semi-reações da eletrólise acima.

Semi-reação catódica: Na⁺ + 1 e^– → Na⁰  E⁰ = – 2,71V

Semi-reação anódica: 2 Cl^– → Cl₂ + 2 e^–    E⁰ = + 1,36V

Equação global

Agora vamos escrever a equação global desta eletrólise. Para isso, temos que eliminar os elétrons. Devemos saber que eles devem estar sempre em quantidades iguais e em ambos os lados das equações.

Mas observando as nossas equações, percebemos que temos números diferentes de elétrons. Na equação do sódio temos apenas um elétron e na equação do cloro, temos dois elétrons. Então devemos multiplicar a equação toda do sódio pelo número dois, e mantemos a equação do cloro igual.

2 Na⁺ + 2 e^–  →  2 Na⁰  E⁰ = – 2,71V

2 Cl^– → Cl₂ + 2 e^–         E⁰ = + 1,36V

________________________________

2 Na⁺ + 2 Cl^– →  2 Na⁰ (s)+  Cl_2(g)

Podemos concluir que os elétrons saem do polo positivo e vão para o polo negativo. Além disso, a eletrólise ígnea do cloreto de sódio produz gás cloro e o sódio metálico.

Em seguida, precisamos calcular a ddp para que a eletrólise comece porque temos que gerar a eletricidade para que a reação ocorra. Vamos calcular a voltagem através do seguinte cálculo:

ddp = E_maior  –  E_menor

ddp = + 1,36 – (-2,17)

ddp = + 4,07V

Como o resultado é positivo, este valor é do gerador (pilha), que é uma reação espontânea. Para o cálculo da ddp da eletrólise, colocamos o sinal negativo no valor da ddp da pilha, pois a eletrólise é uma reação não espontânea. Assim, a ddp da eletrólise é igual a – 4,07V.

Exemplo de eletrólise ígnea: Al₂O₃

Agora vamos fazer a eletrólise ígnea do Al₂O₃. Essa substância sofre o processo de fusão, formando os íons positivos e negativos.

Al₂O₃  → Al³⁺(l) + 0^2-(l)

Em seguida vamos trabalhar com cada íon separadamente. O Al³⁺ forma o alumínio metálico (Al⁰), recebendo elétrons e sofrendo o processo de redução no cátodo.

Al³⁺ + 3 e^– → Al⁰

O 0^2- forma o gás oxigênio, perdendo elétrons e sofrendo o processo de oxidação no ânodo.

0^2- → O₂ + e^–

Observamos que precisamos balancear esta equação, pois temos duas moléculas de oxigênio nos produtos e uma molécula nos reagentes.

2 0^2- → O₂ + 4 e^–

Colocamos o número 4 na frente dos elétrons porque temos quatro cargas nos reagentes.

Agora devemos esquematizar a equação global, mas antes devemos verificar a quantidade de elétrons. Temos 3 elétrons na equação do alumínio e 4 elétrons na equação do oxigênio. Portanto, devemos multiplicar a equação do alumínio por 4  e multiplicar a equação do oxigênio por 3.

Assim, teremos as seguintes equações:

4 Al³⁺ + 12 e^– →  4 Al₀

6 0^2- →  3 O₂ +  12 e^–

_________________________

4 Al³⁺ +  6 0^2- →  4 4 Al₀ + 3 O₂

Os elementos das famílias 1A, 2A e o alumínio são obtidos pelo processo da eletrólise ígnea. A obtenção do alumínio é feita pela eletrólise da bauxita, um processo muito caro. Por isso que a reciclagem do alumínio é muito importante para diminuir os custos da produção deste elemento químico.

Videoaula

Assista à aula a seguir para reforçar seus conhecimentos sobre eletrólise ígnea!

Exercícios

1- (MACK-SP-2010)

Na eletrólise ígnea de NaCl, verifica-se que:

a) no cátodo, deposita-se sódio metálico.

b) no ânodo, ocorre redução.

c) no cátodo, ocorre oxidação.

d) no ânodo, há deposição de NaCl.

e) no cátodo, os íons sódio perdem elétrons.

2- (FEI-SP-2013)

O alumínio é obtido industrialmente pela eletrólise ígnea da alumina (Al₂O₃). Indique a alternativa falsa:

a) O íon alumínio sofre redução.

b) O gás oxigênio é liberado no ânodo.

c) O alumínio é produzido no cátodo.

d) O metal alumínio é agente oxidante.

e) O íon O^2– sofre oxidação.

3- (Cesgranrio-2014)

Um dos métodos de obtenção de sódio metálico é a eletrólise ígnea do cloreto de sódio. Nesse processo, com a fusão do sal, os íons:

a) Cl^– cedem elétrons aos íons Na⁺, neutralizando as cargas elétricas

b) Cl^– ganham prótons e se liberam como gás cloro.

c) Cl^– são atraídos para o catodo e nele ganham elétrons.

d) Na⁺ são atraídos para o anodo e nele perdem prótons.

e) Na⁺ ganham elétrons e se transformam em Na⁰.

4- (FEI-2015)

O gás cloro pode ser obtido pela eletrólise da água do mar ou pela eletrólise ígnea do cloreto de sódio. Assinale a afirmativa correta com relação a esses dois processos:

a) ambos liberam Cl₂ gasoso no catodo.

b) ambos envolvem transferência de 2 elétrons por mol de sódio.

c) ambos liberam H₂ no cátodo.

d) ambos liberam Na metálico no cátodo.

e) um libera H₂ e outro Na metálico no cátodo.

5- (UFMG-2009)

Um método industrial utilizado para preparar sódio metálico é a eletrólise de cloreto de sódio puro fundido. Com relação à preparação de sódio metálico, é INCORRETO afirmar que:

a) a formação de sódio metálico ocorre no eletrodo negativo.

b) a eletrólise é uma reação espontânea.

c) a quantidade, em mol, de cloro (Cl₂) formada é menor que a de sódio metálico.

d) a quantidade de sódio metálico obtido é proporcional à carga elétrica utilizada

Gabarito:

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

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