Química · 11.ª–12.ª classe
O que é a eletrólise?
Resposta curta
A eletrólise é o processo em que uma corrente elétrica, fornecida por uma fonte externa, provoca uma reação de oxidação-redução não espontânea num eletrólito (sal fundido ou solução). Realiza-se numa cuba eletrolítica: no cátodo (polo negativo) ocorre redução e no ânodo (polo positivo) ocorre oxidação.
Definição e características
Em algumas reações, as substâncias não reagem sozinhas, mas é possível «forçá-las» a reagir se se fornecer energia elétrica suficiente. Foi assim que se obteve o sódio, o cloro e o alumínio metálicos. A eletrólise é o contrário do que se passa numa pilha: em vez de produzir corrente, consome corrente.
Os componentes de uma cuba eletrolítica
- Fonte de corrente contínua: bateria ou fonte de alimentação que impõe o sentido dos eletrões.
- Dois elétrodos: frequentemente inertes (grafite ou platina), mas podem ser ativos (participam na reação).
- Eletrólito: substância com iões livres, fundida (eletrólise ígnea) ou dissolvida em água (eletrólise aquosa).
O que acontece nos elétrodos
- Cátodo (−): liga-se ao polo negativo da fonte. Os catiões são atraídos e reduzem-se (ganham eletrões).
- Ânodo (+): liga-se ao polo positivo da fonte. Os aniões são atraídos e oxidam-se (perdem eletrões).
- Os eletrões circulam no fio, do ânodo para o cátodo, impulsionados pela fonte.
Regra de ouro
Ânodo = oxidação (sempre); cátodo = redução (sempre). Pilha: ânodo (−) e cátodo (+). Eletrólise: ânodo (+) e cátodo (−).
Comparação com a pilha
| Característica | Pilha | Eletrólise |
|---|---|---|
| Energia | química passa a elétrica | elétrica passa a química |
| Reação | espontânea | não espontânea |
| Fonte externa | não tem | tem |
| Cátodo | polo + | polo − |
| Ânodo | polo − | polo + |
| Separação dos elétrodos | duas soluções e ponte salina | em regra uma só cuba |
Eletrólise ígnea e eletrólise aquosa
Na ígnea, só existem os iões do sal fundido, por isso só eles reagem. Na aquosa, a água também pode reagir e «compete» com os iões do sal. Como regra prática: catiões de metais muito reativos (grupos 1 e 2, alumínio) não se reduzem em água, e a água é que se reduz; aniões como sulfato e nitrato não se oxidam em água, e a água é que se oxida. Esta regra tem exceções; siga a ordem de descarga do seu manual.
Exemplos do quotidiano e aplicações
- Galvanoplastia: revestimento de objetos com uma camada fina de metal (niquelagem, cromagem, prateação). O objeto a revestir é ligado ao cátodo.
- Refinação do cobre: o cobre impuro é o ânodo e dissolve-se; o cobre puro deposita-se no cátodo.
- Produção industrial de alumínio: obtém-se por eletrólise da alumina dissolvida em criolite fundida.
- Produção de cloro, hidrogénio e hidróxido de sódio por eletrólise de uma solução concentrada de cloreto de sódio (processo cloro-alcális).
- Decomposição da água em hidrogénio e oxigénio, usada em laboratório e em tecnologias de hidrogénio.
Exemplos resolvidos
Exemplo 1 — Eletrólise ígnea do cloreto de sódio
Enunciado: Escreva as semirreações e a reação global da eletrólise do NaCl fundido.
Resolução:
- O sal fundido tem os iões Na+ e Cl-.
- Cátodo (−): Na+ + e- → Na. Multiplica-se por 2 para igualar os eletrões.
- Ânodo (+): 2Cl- → Cl2 + 2e-.
- Soma: 2Na+ + 2Cl- → 2Na + Cl2.
Resposta: 2NaCl(l) → 2Na(l) + Cl2(g); sódio no cátodo, cloro gasoso no ânodo. Verificação: eletrões ganhos (2) = eletrões perdidos (2); átomos e cargas conservam-se.
Exemplo 2 — Eletrólise aquosa do cloreto de cobre(II)
Enunciado: Preveja os produtos da eletrólise de uma solução aquosa de CuCl2 com elétrodos de grafite.
Resolução:
- Em solução existem Cu2+, Cl- e moléculas de água.
- O Cu2+ reduz-se mais facilmente do que a água (o seu potencial de redução, +0,34 V, é elevado): cátodo, Cu2+ + 2e- → Cu.
- O Cl- oxida-se no ânodo: 2Cl- → Cl2 + 2e-.
- Soma: Cu2+ + 2Cl- → Cu + Cl2.
Resposta: deposita-se cobre no cátodo e liberta-se cloro no ânodo. Verificação: a reação global é a decomposição do sal nos seus elementos.
Exemplo 3 — Eletrólise da água
Enunciado: Na eletrólise da água (com um pouco de ácido sulfúrico ou sulfato de sódio para melhorar a condução), recolhe-se 10 mL de oxigénio no ânodo, nas mesmas condições de pressão e temperatura. Que volume de hidrogénio se recolhe no cátodo?
Resolução:
- Cátodo: 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- (ou 2H+ + 2e- → H2 em meio ácido).
- Ânodo: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e-.
- Para igualar os eletrões (4), multiplica-se a redução por 2: formam-se 2 mol de H2 por cada 1 mol de O2.
- A volumes iguais de gás correspondem mols iguais, logo a razão é 2 : 1 em volume.
- V(H2) = 2 × 10 mL = 20 mL.
Resposta: 20 mL de hidrogénio. Verificação: a fórmula da água, H2O, tem o dobro de átomos de hidrogénio do que de oxigénio.
Exemplo 4 — Revestir uma colher com prata
Enunciado: Pretende-se revestir uma colher de metal com uma camada de prata, usando uma solução de nitrato de prata. A colher liga-se ao cátodo ou ao ânodo? Escreva a semirreação na colher.
Resolução:
- O Ag+ da solução tem de se reduzir em prata metálica sobre o objeto.
- A redução ocorre no cátodo, por isso a colher é o cátodo (liga-se ao polo negativo).
- Semirreação: Ag+ + e- → Ag.
- O ânodo pode ser uma barra de prata, que se oxida (Ag → Ag+ + e-) e repõe os iões da solução.
Resposta: a colher é o cátodo; nela ocorre Ag+ + e- → Ag. Verificação: o que se quer depositar é sempre um produto de redução, logo vai para o cátodo.
Erros frequentes
- Dizer que o cátodo é positivo na eletrólise. Na eletrólise o cátodo é o polo negativo; o que não muda é que nele há redução.
- Esperar sódio metálico numa eletrólise aquosa de NaCl. Em água, o Na+ não se reduz; reduz-se a água e obtém-se hidrogénio no cátodo.
- Ignorar a água nas soluções aquosas, quando ela também pode oxidar-se ou reduzir-se.
- Não igualar os eletrões nas duas semirreações antes de somar.
- Confundir eletrólise com dissociação. A dissociação (ou ionização) liberta iões ao dissolver o sal e não precisa de corrente; a eletrólise precisa.
- Pensar que a eletrólise só se faz com sais. Faz-se também com hidróxidos fundidos, ácidos diluídos e com a própria água acidificada.
Exercícios propostos
1Exercício 1
Escreva as semirreações e a reação global da eletrólise do brometo de potássio fundido (KBr).
Ver solução
Cátodo: K+ + e- → K (×2). Ânodo: 2Br- → Br2 + 2e-. Reação global: 2KBr(l) → 2K(l) + Br2(g). Forma-se potássio no cátodo e bromo no ânodo.
2Exercício 2
Indique três diferenças entre uma pilha e uma cuba eletrolítica.
Ver solução
(1) Na pilha a reação é espontânea; na eletrólise é imposta por uma fonte externa. (2) Na pilha a energia química passa a elétrica; na eletrólise, a elétrica passa a química. (3) Na pilha o cátodo é positivo; na eletrólise é negativo. Qualquer três destas (ou do quadro comparativo) está correta.
3Exercício 3
Na eletrólise de uma solução de CuSO4 com elétrodos inertes, recolhe-se oxigénio no ânodo. Qual é o produto do cátodo e qual é a semirreação do ânodo?
Ver dica
O sulfato não se oxida em água. Quem se oxida no ânodo?
Ver solução
O Cu2+ reduz-se no cátodo: deposita-se cobre (Cu2+ + 2e- → Cu). No ânodo, como o SO42- não se oxida, oxida-se a água: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e-. A solução fica mais ácida.
4Exercício 4
Numa eletrólise da água, recolheram-se 36 mL de hidrogénio. Que volume de oxigénio se recolheu, nas mesmas condições?
Ver solução
A razão em volume é H2 : O2 = 2 : 1. V(O2) = 36 ÷ 2 = 18 mL.
5Exercício 5
Numa oficina quer-se revestir de níquel uma peça de ferro, usando uma solução de sal de níquel(II). Diga a que polo se liga a peça, qual é a semirreação nela e o que acontece a um ânodo de níquel.
Ver solução
A peça liga-se ao polo negativo (cátodo), onde ocorre a redução: Ni2+ + 2e- → Ni. O ânodo de níquel liga-se ao polo positivo e oxida-se: Ni → Ni2+ + 2e-, repondo na solução os iões que se depositam na peça.
Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre eletrólise e conceitos parecidos?
A eletrólise usa corrente externa para forçar uma reação; a pilha produz corrente a partir de uma reação espontânea; a eletroforese e a dissociação são fenómenos diferentes. Só a eletrólise decompõe o eletrólito nos elétrodos.
Onde se aplica a eletrólise na prática?
Em galvanoplastia (revestimento de metais), na refinação do cobre, na obtenção de metais como o alumínio e o sódio, na produção de cloro e de soda cáustica e na produção de hidrogénio a partir da água.
Que erros os estudantes cometem sobre a eletrólise?
Atribuem o sinal positivo ao cátodo, esquecem a água nas soluções aquosas e escrevem sódio metálico onde se forma hidrogénio. Veja a lista de erros frequentes acima.
Os elétrodos participam sempre na reação?
Não. Os elétrodos inertes (grafite, platina) só conduzem a corrente. Os ativos (como o cobre na refinação ou a prata na prateação) também se oxidam ou recebem depósito.
Resumo
- Eletrólise: reação não espontânea provocada por corrente elétrica de uma fonte externa.
- Cátodo (−): redução. Ânodo (+): oxidação.
- Pode ser ígnea (sal fundido) ou aquosa (a água compete com os iões).
- Na eletrólise da água, o volume de H2 é o dobro do de O2.
- Aplica-se na galvanoplastia, na refinação de metais e na produção de substâncias como cloro e alumínio.
- É o oposto da pilha, em energia, espontaneidade e polaridade dos elétrodos.
Onde aprofundar
- O manual de Química da 11.ª/12.ª classe e o programa oficial (INIDE / Ministério da Educação de Angola) — confirme a edição em vigor e a ordem de descarga adotada.
- A obra aberta OpenStax Chemistry (em inglês), capítulo sobre eletroquímica, secção de eletrólise.
- Os artigos do MeuGuia sobre pilhas eletroquímicas e sobre o cálculo da massa depositada numa eletrólise.
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