Texto: Eletroquímica: Celas Eletrolíticas

Eletroquímica: Celas Eletrolíticas

 

Eletrólise: um Novo Processo de Depilação

A depilação consiste em extrair intencionalmente os pelos de certas regiões do corpo, de forma definitiva ou temporária. Com o passar dos anos, tal técnica foi sendo aprimorada e atualmente temos no mercado um novo método que se aplica à técnica com eletrólise, conhecida popularmente por depilação por eletrólise.

 

A depilação por eletrólise é uma prática de remoção, quase sempre permanente, de pelos do corpo humano por meio da eletricidade. Nos Estados Unidos, essa técnica é o único método de depilação permanente, sendo aprovado pela Food and Drug Administration (FDA). Tal procedimento envolve vários passos e tratamentos para ser concluído, sendo feito pela inserção de uma sonda de agulha em um folículo piloso, pelo qual passa uma corrente elétrica. Qualquer área do corpo, exceto o interior do nariz e as orelhas, pode ter o cabelo removido dessa maneira, que pode ser uma alternativa à depilação a laser.

 

A depilação consiste em dois procedimentos básicos de eletrólise. O primeiro é conhecido como eletrólise galvânica, que produz uma área de danos ao folículo piloso. O dano causado é apenas o suficiente para impedir que o folículo do cabelo cresça novamente. O segundo método é superaquecer o folículo piloso em uma técnica chamada termólise. O método consiste numa mistura que combina os dois primeiros a alcançar o mesmo resultado em um curto período de tempo. 

 

A agulha de eletrólise deve permanecer no folículo piloso por até um minuto, e todos os pelos devem ser removidos dessa forma. E aí, vamos fazer uma depilação por eletrólise? Pode ser dolorida, mas é bastante eficaz.

 

A Eletrólise

A eletrólise é um procedimento utilizado para obter reações de oxirredução. Tal método pode ocorrer: em soluções eletrolíticas ou utilizando corrente elétrica contínua

 

Nos dois casos, trata-se de uma transformação artificial, isto é, ocasionada por um transformador. Esses processos fundamentam-se na passagem de uma corrente elétrica por um sistema líquido que tenha íons presentes, gerando, assim, reações químicas. 

 

 

Uma reação de oxirredução é espontânea quando o valor da variação da diferença de potencial (ΔE°) na reação da célula combinada for positiva, ou seja, maior que zero, ΔE° > 0. Inversamente, se o valor de ΔE° da célula for negativo, ΔE° < 0, a reação não poderá ocorrer espontaneamente na direção em que está escrita, porque o processamento de tal reação requereria a adição de energia. Se a energia elétrica for aplicada ao sistema, é possível uma reação não espontânea ocorrer, a qual é denominada reação de eletrólise.

 

Como se pode perceber, o processo da eletrólise é não espontâneo, contrário ao da pilha, que é espontâneo. Ela tem grande utilização em indústrias na produção de metais alcalinos, alcalino-terrosos, gás hidrogênio e gás cloro.

 

Condutividade Elétrica

Os líquidos, particularmente as soluções, podem ser organizados em dois grupos em função de seu comportamento sob o efeito de um campo elétrico:

 

  • Líquidos que contêm apenas moléculas covalentes;
  • Líquidos que contêm íons;

 

As soluções que contêm íons são boas condutoras de corrente elétrica, então, podem sofrer o processo de eletrólise. Tais soluções são denominadas de eletrolíticas. Já as soluções que contêm apenas moléculas, caráter covalente, não sofrem eletrólise e não são capazes de conduzir a corrente elétrica.

 

Para provocar a passagem de corrente elétrica em compostos iônicos, estes devem encontrar-se em fase aquosa. De modo contrário, os íons não terão a “liberdade” para se movimentar. Existem dois modos para que se tenham eletrólise numa solução iônica: via ponto de fusão (eletrólise ígnea), ou seja, aquecimento do composto na fase sólida; e por adição de água ao composto (eletrólise aquosa), o qual provoca a dissociação dos íons.

 

 

Eletrólise Ígnea 

A eletrólise ígnea (do latim “ígneus”, significa ardente, inflamado) foi descoberta no início do século XIX. A partir dessa técnica, é possível produzir elementos químicos e substâncias simples que não existem na natureza isolada.

 

A substância fundida é colocada num recipiente chamado de cuba eletrolítica com dois eletrodos submersos nela. Os eletrodos, por sua vez, estão ligados a uma fonte geradora de corrente elétrica, que pode ser uma pilha ou bateria. Ligando à fonte geradora, ocorre o seguinte em cada eletrodo:

 

  • O polo negativo do gerador irá fornecer elétrons para um dos eletrodos, fazendo com que ele fique carregado negativamente, tornando-se o cátodo, que atrai os cátions. Nesse eletrodo, os cátions recebem elétrons e se reduzem. 

 

  • Nesse sentido, o outro eletrodo presente fica carregado positivamente, atraindo assim os ânions (que são negativos) e por isso é chamado de ânodo. Nesse eletrodo, os ânions perdem elétrons e se oxidam. 

 

Atenção!

Polo negativo → é denominado cátodo → atrai cátions → e ocorre redução dos cátions.

Polo positivo → é denominado anôdo → atrai ânions → e ocorre oxidação dos ânions.

 

Um bom exemplo de processo de eletrólise ígnea é a que ocorre com o cloreto de sódio, utilizando eletrodos de platina: a solução fundida de cloreto de sódio (NaCl) ou sal de cozinha, que produz duas substâncias simples: o sódio metálico, Na0(s), e o gás cloro, Cl2(g). O esquema abaixo mostra como ocorre esse tipo de eletrólise:

 

Quando o sal é aquecido a uma temperatura de 800,4 °C, ele se funde e seus íons ficam livres:

 

NaCl(l) → Na+ + Cl-

 

Observe o que ocorre em cada eletrodo quando o gerador é ligado.

 

  • Eletrodo positivo: do Ânodo (polo positivo) saem os elétrons, sofrendo oxidação, de forma que os ânions Cl- se descarregam;
  • Eletrodo negativo: o Cátodo (polo negativo) recebe os elétrons, sofrendo redução, de modo que os cátions Na+ se descarregam.

 

As semirreações e a reação global que ocorrem nessa eletrólise ígnea são:

 

 

Exercício Resolvido

Com relação à eletrólise ígnea do fluoreto de sódio, NaF, indique:

 

a) a semirreação de redução.

Semirreação de redução: Na+(l) + e- → Na(s)

b) a semirreação de oxidação.

Semirreação de oxidação: 2 F-(l) → F2(g) + 2 e-

c) a reação global.

Reação global: 2 Na+(l)  + 2 F-(l) → 2 Na(s)+ F2(g)

d) a substância produzida no cátodo.

Na(s)

e) a substância produzida no ânodo.

F2(g)

 

Eletrólise em Soluções Aquosas

Substâncias iônicas podem gerar íons em solução aquosa. Nesse caso, os íons formados podem vir a sofrer eletrólise, originados dessa substância ou da própria auto-ionização da água. Embora a auto-ionização da água ocorra em baixa extensão, ela proporciona a possibilidade de um ou outro íon vir a se descarregar.

 

Exclusivamente, uma espécie de íon positivo ou negativo descarrega por vez. Cada íon possui uma voltagem apropriada para se descarregar. Entre o cátion e o ânion, será o primeiro o que possuir menor voltagem de descarga.

 

A auto-ionização da água fornece os íons H+ (H3O+) e OH-.

 

H2O →  H+ + OH-  ou ainda 2 H2O → H2O + H1+ + OH- => H3O+ + OH-

 

Os cátions são metais pouco reativos. Por esse motivo, descarregam primeiro, pois possuem maior tendência a aceitar os elétrons de volta e se descarregar. Porém, existem algumas exceções, há metais altamente reativos, como metais alcalinos (grupo 1) e alcalinos terrosos (grupo 2), que se descarregam depois. Nesse sentido, foi montada uma escala de prioridade, tendo a segunda ordem de dificuldade de descarga em ordem crescente: 

 

 

O cátion H+ ou H3O+ se descarrega antes alumínio, de metais alcalinos e alcalinos terrosos. Mas perde em prioridade de descarga para os demais cátions. 

 

Quanto menor for a eletronegatividade do ânion para prender o elétron, maior a facilidade de descarga do mesmo.

 

 

O ânion OH- possui maior facilidade de descarregar do que os ânions oxigenados e do F-. Porém, perdem essa prioridade de descarga para os ânions não oxigenados e o HSO4-

 

As reações dos íons resultantes da auto-ionização da água são mostradas abaixo

 

 

A eletrólise do NaCl em solução aquosa é um exemplo em que participam da eletrólise o cátion oriundo da auto-ionização da água e do ânion.

 

Montagem do processo de eletrólise aquosa do NaCl

 

 

Note que a reação global da eletrólise do NaCl é método de obtenção de H2, Cl2 e de soda cáustica (NaOH).

 

Na eletrólise do HCl, somente os íons do soluto participam da eletrólise. Isso ocorre pelo fato de ambos os íons oriundos do soluto apresentarem prioridade de descarga em relação aos íons gerados pela auto-ionização da água.

 

 

O pH da solução torna-se progressivamente mais alcalino, já que o HCl é consumido na eletrólise.

 

Para o caso da eletrólise do Zn(NO3)2 em solução aquosa, participam o ânion oriundo da auto-ionização da água e o cátion desse sal.

 

O pH da solução diminui, já que os íons H+ gerados pela autodissociação da água não são consumidos na eletrólise.

 

Para o exemplo da eletrólise do Na2SO4 em solução aquosa, ambos os íons oriundos da ionização da água têm prioridade na eletrólise.

 

 

Como as moléculas de água são consumidas na eletrólise, a solução vai ficando progressivamente mais concentrada em sulfato de sódio.

 

Exercício Resolvido

1) Equacione as reações que ocorrem na eletrólise aquosa das substâncias a seguir, indicando os produtos formados nos eletrodos e na solução: 

 

CuBr2 

    

Dissociação do CuBr2 : CuBr 2 (aq) → Cu²+ (aq) + 2 Br (aq)

Autoionização da H2O : H2O H+ + OH-

Semirreação de redução: Cu2+(aq)  + 2 e- →Cu (s)

Semirreação de oxidação : 2 Br- (aq) → Br2 (l) + 2 e-

Reação global: CuBr2 (aq) → Cu (s) + Br2 (l)

 

AgNO3 

 

Dissociação do AgNO3 : 2AgNO3 (aq) → 2Ag¹+ (aq) + 2 NO3 (aq)

Autoionização da H2O : 2H2O 2H+ + 2OH- (x2)

Semirreação de redução: 2Ag1+(aq)  + 2 e- →Ag(s)

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

Reação global: AgNO3 (aq) + H2O(l) → 2 H+(aq) + 2NO3- (aq) + 2 Ag (s) + ½ O2(g)

 

2) Considere as seguintes eletrólises em solução aquosa.

 

I) K2SO4             VI) NiCl2

II) CuSO4             VII) KBr

III) H2SO4             VIII) AgNO3

IV) NaOH             IX) Na3PO4

V) NaNO3             X) KI

 

a) Em quais dessas eletrólises há liberação de H2 (g) no cátodo, O2 (g) no ânodo e o soluto permanece inalterado, ou seja, há decomposição de H2O da solução? Justifique.

Para que haja liberação de H2 (g) no cátodo e O2 (g) no ânodo, é necessário que o íon H+ tenha maior tendência em reduzir em relação ao cátion de uma substância X e o íon OH- tenha maior tendência em oxidar em relação ao ânion dessa substância X. Assim, encaixam-se nessas condições: K2SO4, H2SO4, NaOH, NaNO3, Na3PO4.

 

b) Em quais dessas eletrólises há liberação de H2 (g) no cátodo, mas não de O2 (g) no ânodo? Justifique.

Para que haja liberação de H2 (g) no cátodo e não haja liberação de O2 (g) no ânodo, é necessário que o íon H+tenha maior tendência em reduzir em relação ao cátion de uma substância X e o íon OH- tenha menor tendência em oxidar em relação ao ânion dessa substância X. Assim, encaixam-se nessas condições: KBr, KI.

 

c) Em quais dessas eletrólises há liberação de O2 (g) no ânodo, mas não de H2 (g) no cátodo? Justifique.

Para que haja liberação de O2 (g) no ânodo e não haja liberação de H2 (g) no cátodo, é necessário que o íon H+ tenha menor tendência em reduzir em relação ao cátion de uma substância X e o íon OH- tenha maior tendência em oxidar em relação ao ânion dessa substância X. Assim, encaixam-se nessas condições: CuSO4, AgNO3.

 

d) Em quais dessas eletrólises não há liberação de H2 (g) nem de O2 (g)? Justifique.

Para que não haja liberação de H2 (g) no cátodo e nem de O2 (g) no ânodo, é necessário que o íon H+ tenha menor tendência em reduzir em relação ao cátion de uma substância X e o íon OH- tenha menor tendência em oxidar em relação ao ânion dessa substância X. Assim, encaixa-se nessas condições: NiCl2.

 

Em Resumo

Neste tópico, apresentamos o conceito de eletrólise. Esse processo é um método usado para a obtenção de reações de oxirredução. Em soluções eletrolíticas, o processo baseia-se na passagem de uma corrente elétrica por um sistema líquido que tenha íons presentes, gerando, assim, reações químicas. As reações na eletrólise podem ocorrer de várias maneiras, dependendo do estado físico em que estiver a solução que vai ser submetida à reação, podendo ser o processo denominado de eletrólise ígnea, que é o nome que se dá a uma reação química provocada pela passagem de corrente elétrica por um composto iônico fundido, e de eletrólise aquosa, que é o nome que se dá a uma reação química provocada pela passagem de corrente elétrica por uma solução aquosa de um eletrólito.

 

Referências

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Masterton, W. L. Princípios de Química. Rio de Janeiro: Ed. Guanabara Koogan S. A., 1990.

Russell, J. B. Química geral. 2. ed. São Paulo: Makron Books, 1994. v. 1,2.

Santos, W. L. P. dos.; Mol, G. S. Química cidadã (ensino médio). São Paulo: Nova geração, 2010.

Sienko, M. J.; Plane, R. A. Química: principios y aplicaciones. México: McGraw-Hill, 1990.

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