Quando se faz passar uma corrente elétrica através de uma solução de Cu no₃ ₂ pode-se verificar que

A eletrólise em meio aquoso é um processo em que se passa corrente elétrica através de uma solução aquosa, onde existem íons que produzem reações, gerando energia química.

Visto que é necessário que se passe uma corrente elétrica, esse processo não é espontâneo e é exatamente o contrário de uma pilha, que é um equipamento que transforma energia química em elétrica de modo espontâneo.

Na solução aquosa, a substância diluída se dissocia ou ioniza, liberando íons para o meio. Mas existem também os íons provenientes da ionização da água:

H2O → H+ + OH-

Apesar de haver tantos íons na solução, apenas um cátion e um ânion sofrerão a descarga nos eletrodos. Para sabermos quais serão eles, se são os íons da água ou os íons da substância diluída, temos que considerar uma ordem de prioridade, que é dada abaixo:

Observe que os cátions de metais alcalinos, de metais alcalinoterrosos e do alumínio não se descarregam em solução aquosa. Nesses casos, se o meio for neutro, a redução que ocorrerá no cátodo será a da água, mas se for em meio ácido, a redução será a do cátion H+, formando o gás hidrogênio, H2. Se quisermos produzir esses metais alcalinos, alcalinoterrosos e o alumínio, terá que ser por eletrólise ígnea, que ocorre sem a presença de água, com o material fundido.

Os cátions dos demais metais sofrem redução no eletrodo negativo, depositando seu respectivo metal. Por exemplo, se for o cátion prata (Ag1+(aq)), será depositada a prata metálica no eletrodo negativo (Ag0(s)).

Quanto aos ânions, veja que os que são oxigenados e o fluoreto nunca se oxidam em solução aquosa, mas sim os ânions da água. Se o meio for neutro, a água se oxidará no eletrodo positivo, produzindo gás oxigênio; mas se o meio for básico, os seus ânions hidroxila (OH-(aq)) serão oxidados.

Os ânions não oxigenados Cℓ-, Br- e I- oxidam-se gerando no eletrodo positivo as substâncias elementares cloro, bromo e iodo, respectivamente.

Vejamos um exemplo para entender melhor como isso ocorre:

Considere que numa cuba eletrolítica seja colocada uma solução aquosa de sulfato de cobre II (CuSO4(aq)), com dois eletrodos mergulhados nela. Esses eletrodos estão ligados a um gerador de corrente elétrica, como mostra a figura:

Na solução, temos os íons gerados pelo sulfato de cobre e os da água:

CuSO4(aq) → Cu2+(aq) + SO2-4(aq)

H2O(ℓ) → H+(aq) + OH-(aq)

Os cátions disponíveis são Cu2+(aq)  e H+(aq). Se olharmos na ordem de facilidade de descarga, o cátion cobre tem maior poder oxidante, sofrendo redução no eletrodo negativo (cátodo) e depositando o metal cobre nele.

Semirreação do cátodo: Cu2+(aq) + 2 e- → Cu(s)

Entre os ânions SO2-4(aq) e OH-(aq), os ânions hidroxila têm maior facilidade de oxidação, gerando gás oxigênio no eletrodo positivo (ânodo):

Semirreação do ânodo: 2 OH-(aq) → H2O(ℓ) + ½ O2(g)+ 2 e-

A reação global dessa reação é dada por:

                                            CuSO4(aq) → Cu2+(aq) + SO2-4(aq)
                                            2 H2O(ℓ) → 2 H+(aq) + 2 OH-(aq)
Semirreação do cátodo: Cu2+(aq) + 2 e- → Cu(s)
Semirreação do ânodo: 2 OH-(aq) → H2O(ℓ) + ½ O2(g)+ 2 e-        
Reação global: CuSO4(aq) + H2O(ℓ) → 2 H+(aq) + SO2-4(aq) + Cu(s) + ½ O2(g)

Como produtos dessa eletrólise foram obtidos o cobre metálico e o gás oxigênio. Além disso, a solução é ácida, pois apresenta os íons H+ que não foram reduzidos.

A eletrólise em meio aquoso é uma reação de oxirredução não espontânea que ocorre com pela passagem de corrente elétrica por meio de uma solução de íons dissolvidos em água. Para entendê-la bem, é importante saber o que é a eletrólise em sim. Acompanhe!

Veja também: O que é eletrólise ígnea?

O que é eletrólise e para que serve?

Eletrólise é o nome dado à reação química de oxirredução que ocorre provocada pela passagem de corrente elétrica. Essa reação pode acontecer de duas formas:  a eletrólise ígnea e a eletrólise em solução iônica aquosa. Sendo essa última de nosso interesse neste texto.

Nos dois tipos de eletrólise existem íons, a diferença é que, no primeiro tipo, o composto iônico é fundido e não possui água no processo, e, já no segundo, como o próprio nome diz, o composto iônico está dissolvido em água.

A eletrolise é um processo químico utilizado para a obtenção de elementos químicos (como metais, hidrogênio, berílio, cloro, entre outros), para o processo de galvanização, como cromagem e niquelagem, e também para a purificação eletrolítica de metais. Caso tenha curiosidade sobre esse tópico, leia nosso texto: Conceito de eletrólise.

Na eletrólise aquosa, temos um composto iônico dissolvido em água, e esse, por dissociação ou ionização, libera seus íons na solução, possibilitando a passagem de corrente elétrica. Além dos íons liberados pelo composto iônico, devemos levar em consideração os íons provenientes da autoionização da água:

H2O → H+ + OH-

Por haver a necessidade da corrente elétrica para que ocorra a eletrólise, dizemos, então, que se trata de um processo não espontâneo. O qual ocorre exatamente ao contrário do processo visto em uma pilha, que, por sua vez, transforma a energia química derivada de uma reação, para a produção de energia elétrica.

Como ocorre a eletrólise aquosa

Como já dito, durante a eletrólise aquosa, devemos levar em consideração os íons derivados da água e os íons derivados do composto dissolvido. Veja o exemplo da dissociação do cloreto de sódio:

NaCl(aq) → Na+(aq) + Cl-(aq)

Assim a solução passa a ter dois cátions (H+ e Na+) e dois ânions (OH- e Cl-). No entanto, apenas um cátion e um ânion sofrerão oxirredução pela descarga elétrica. Para identificar qual dos dois será afetado, temos uma fila de prioridade, representada, a seguir, na ordem crescente:

- Cátions: Metais da família 1,2 e 13  <  H+  <  outros metais

- Ânions: Ânions oxigenados e F-  <  OH-  <  ânions não oxigenados

Portanto, para o exemplo da eletrólise em solução aquosa de cloreto de sódio, temos que os íons H+ e Cl- sofrerão descarga elétrica. Agora, faremos a análise do que ocorre em cada um dos polos:

No cátodo, o polo negativo da cela eletrolítica, os elétrons chegam ao eletrodo e é para onde migram os cátions presentes na solução. Portanto, é onde ocorre a descarga do cátion H+ e sua redução, conforme a equação seguinte:

2H+ + 2e → H2(g)

No ânodo, o polo positivo da cela eletrolítica, os cátions presentes na solução sofrem a descarga e perdem seus elétrons. Por ter prioridade de descarga sobre o OH-, o Cl- migra para a o ânodo, onde sofre oxidação conforme a equação seguinte:

2Cl-(aq) → 2e + Cl2(g)

Podemos escrever a equação geral do processo de eletrólise somando as reações de cada etapa do processo: a dissociação; a autoionização da água; a redução do cátion; e a oxidação do ânion.

NaCl(aq) → Na+(aq) + Cl-(aq)

H2O → H+ + OH-

2H+ + 2e → H2(g)

2Cl-(aq) → 2e + Cl2(g)

Balanceando as equações e eliminando os itens que se repetem nos reagentes e nos produtos, temos:

2NaCl(aq) + 2H2O(liq.) → 2Na+(aq) + 2OH-(aq) + H2(g) + Cl2(g)

Analisando a equação global, temos ainda em solução os íons Na+(aq) e OH-(aq), formando soda cáustica (NaOH), um dos produtos da reação, além do gás hidrogênio, formado no cátodo, e do gás cloro, formado no ânodo.

Veja também: Aspectos quantitativos da eletrólise

Exercícios resolvidos

Questão 01 (UEG) A galvanização é um processo que permite dar um revestimento metálico a determinada peça. A seguir é mostrado um aparato experimental, montado para possibilitar o revestimento de uma chave com níquel.

No processo de revestimento da chave com níquel ocorrerá, majoritariamente, uma reação de X, representada por uma semirreação Y. Nesse caso, o par XY pode ser representado por:

a) redução, Ni+ + 1e– → Ni(s)

b) redução, Ni(s) → Ni2+ + 2e–

c)  oxidação, Ni2+ + 2e– → Ni(s)

d) oxidação, Ni(s) → Ni2+ + 2e–

e) redução, Ni2+ + 2e– → Ni(s)

Resolução: Letra “e”. Os íons presentes na solução são: cátions: Ni2+ e H+; ânions: SO42- e OH-. Para os cátions, o Ni2+ tem prioridade na descarga e, portanto, sofrerá redução no cátodo, conforme a equação: Ni2+ + 2e– → Ni(s).

Questão 02 (FMABC-SP) Considere o seguinte sistema utilizado na purificação de cobre metálico:

Nesse processo:

a) II representa o cátodo em que ocorre a oxidação.

b) II representa o ânodo em que ocorre a redução.

c)  I representa o cátodo em que ocorre a oxidação.

d) I representa o cátodo em que ocorre a redução.

e) I representa o ânodo em que ocorre a oxidação.

Resolução: Letra “e”. Na eletrólise, o eletrodo ligado ao polo positivo do gerador é chamado de ânodo, e nele os ânions perdem elétrons e sofrem oxidação, conforme a equação: Cu0 → Cu2+ + 2e.

Questão 03 (Fatec-SP) Para a cromação de um anel de aço, um estudante montou o circuito eletrolítico, representado na seguinte figura, utilizando uma fonte de corrente contínua.

Durante o funcionamento do circuito, é correto afirmar que nele ocorre

a) liberação de gás cloro no ânodo e depósito de cromo metálico no cátodo.

b) liberação de gás cloro no cátodo e depósito de cromo metálico no ânodo.

c)  liberação de gás oxigênio no ânodo e depósito de platina metálica no cátodo.

d) liberação de gás hidrogênio no ânodo e corrosão da platina metálica no cátodo.

e) liberação de gás hidrogênio no cátodo e corrosão do aço metálico no ânodo.

Resolução: Letra “a”. Os íons presentes na solução são: cátions: Cr3+ e H+; ânions: Cl- e OH-. Para os cátions, o Cr3+ tem prioridade na descarga e, portanto, sofrerá redução no cátodo, conforme a equação: Cr3+ + 3e– → Cr(s).

Para os ânions, o Cl- tem prioridade na descarga e, portanto, sofrerá oxidação no ânodo, conforme a equação: 2Cl-(aq) → 2e + Cl2(g).

Ou seja, no ânodo (peça de platina) teremos a liberação do gás cloro Cl2, e, no cátodo (anel de aço), a deposição do cromo metálico.

Por Victor Ferreira
Professor de Química