Célula eletrolítica: partes, como funciona e aplicações

A célula eletrolítica é um meio em que energia ou corrente elétrica são usadas para realizar uma reação de redução de óxido não espontânea. Consiste em dois eletrodos: o ânodo e o cátodo.

No ânodo (+) ocorre a oxidação, pois neste local alguns elementos ou compostos perdem elétrons; enquanto no cátodo (-), a redução, pois nele alguns elementos ou compostos ganham elétrons.

Célula eletrolítica: partes, como funciona e aplicações 1

Fonte: Por RodEz2 [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], do Wikimedia Commons

Na célula eletrolítica, a decomposição de algumas substâncias, previamente ionizadas, ocorre através de um processo conhecido como eletrólise.

A aplicação da corrente elétrica produz uma orientação no movimento dos íons na célula eletrolítica. Os íons carregados positivamente (cátions) migram para o cátodo de carga (-).

Enquanto isso, íons carregados negativamente (ânions) migram para o ânodo carregado (+). Essa transferência de carga constitui uma corrente elétrica (imagem superior).Nesse caso, a corrente elétrica é conduzida por soluções eletrolíticas, presentes no recipiente da célula eletrolítica.

A Lei de Eletrólise de Faraday afirma que a quantidade de substância que sofre oxidação ou redução em cada eletrodo é diretamente proporcional à quantidade de eletricidade que passa através da célula ou célula.

Peças

Uma célula eletrolítica é composta de um recipiente onde é depositado o material que sofrerá as reações induzidas pela carga elétrica.

A embarcação possui um par de eletrodos que se conectam a uma bateria de corrente contínua. Os eletrodos geralmente usados ​​são de material inerte, ou seja, eles não interferem nas reações.

Em série com a bateria, um amperímetro pode ser conectado para medir a intensidade da corrente que flui através da solução eletrolítica. Além disso, um voltímetro é colocado em paralelo para medir a diferença de voltagem entre o par de eletrodos.

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Como funciona uma célula eletrolítica?

Eletrólise do cloreto de sódio fundido

É preferível usar cloreto de sódio fundido em cloreto de sódio sólido, uma vez que este último não conduz eletricidade. Os íons vibram dentro de seus cristais, mas não estão livres para se mover.

Reação catódica

Eletrodos de grafite, um material inerte, são conectados aos terminais da bateria. Um eletrodo é conectado ao terminal positivo da bateria, constituindo o ânodo (+).

Enquanto isso, o outro eletrodo é conectado ao terminal negativo da bateria, constituindo o cátodo (-). Quando a corrente da bateria flui, é observado o seguinte:

No cátodo (-) há uma redução do íon Na + , que quando eles ganham um elétron se tornam Na metálicos:

Na + + e => Na (l)

O sódio metálico branco-prateado flutua sobre cloreto de sódio fundido.

Reação do ânodo

Pelo contrário, no ânodo (+) ocorre a oxidação do íon Cl , uma vez que perde elétrons e é transformado em gás cloro (Cl 2 ), processo que se manifesta pela aparência no ânodo de um gás de cor verde pálida. A reação que ocorre no ânodo pode ser esquematizada, assim:

2Cl => Cl 2 (g) + 2 e

A formação de gás metálico Na e Cl 2 a partir de NaCl não é um processo espontâneo, exigindo temperaturas superiores a 800 ° C. A corrente elétrica fornece a energia para a transformação indicada nos eletrodos da célula eletrolítica.

Os elétrons são consumidos no cátodo (-), no processo de redução e são produzidos no ânodo (+) durante a oxidação. Portanto, os elétrons fluem através do circuito externo da célula eletrolítica do ânodo para o cátodo.

A bateria de corrente contínua fornece energia para os elétrons fluírem não espontaneamente do ânodo (+) para o cátodo (-).

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Célula para baixo

A célula Down é uma adaptação da célula eletrolítica descrita e usada para a produção industrial de Na metálico e gás cloro.

A célula eletrolítica de Down possui dispositivos que permitem a coleta, separadamente, de sódio metálico e gás cloro. Este método de produção de sódio metálico ainda é muito prático.

Uma vez liberado por eletrólise, o sódio metálico líquido é drenado, resfriado e cortado em blocos. Posteriormente, é armazenado em um meio inerte, uma vez que o sódio pode reagir explosivamente pelo contato com a água ou o oxigênio atmosférico.

O gás cloro é produzido na indústria, principalmente, pela eletrólise do cloreto de sódio em um processo mais barato que a produção de sódio metálico.

Aplicações

Sínteses industriais

-Na indústria, as células eletrolíticas são usadas no refino e na eletrodeposição de vários metais não ferrosos. Quase todo alumínio, cobre, zinco e chumbo de alta pureza são produzidos industrialmente em células eletrolíticas.

-Hidrogênio é produzido por eletrólise da água. Este procedimento químico também é usado na obtenção de água pesada (D 2 O).

-Metais como Na, K e Mg são obtidos por eletrólise de eletrólitos fundidos. Além disso, não-metais como fluoretos e cloretos são obtidos por eletrólise. Além disso, compostos tais como NaOH, KOH, Na 2 CO 3 e KMnO 4 são sintetizados pelo mesmo procedimento.

Revestimento e refino de metais

-O processo de revestimento de um metal inferior com um metal de qualidade superior é conhecido como galvanoplastia. Seu objetivo é evitar a corrosão do metal inferior e torná-lo mais atraente. Na galvanoplastia, células eletrolíticas são usadas para esse fim.

– Metais impuros podem ser refinados por eletrólise. No caso do cobre, folhas muito finas de metal são colocadas no cátodo e grandes barras de cobre impuro a serem refinadas são colocadas no ânodo.

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-O uso de artigos folheados é comum na sociedade. Jóias e louças geralmente prateadas; O ouro é eletrodepositado em itens de joalheria e contatos elétricos. Muitos objetos são revestidos com cobre para fins decorativos.

-Os carros têm peças de defesa e outras peças de aço cromado. O cromagem de uma defesa de carro leva apenas 3 segundos de eletrodeposição de cromo para produzir uma superfície brilhante de 0,0002 mm de espessura.

-Eletrodeposição rápida de metal produz superfícies pretas e ásperas. A eletrodeposição lenta produz superfícies lisas. As “latas” são feitas de aço revestido de estanho por eletrólise. Às vezes, essas latas são cromadas em uma fração de segundo com a espessura da camada extremamente fina de cromo.

Referências

  1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. Química (8a ed.). Aprendizagem CENGAGE.
  2. Preparação eMedical. (2018). Aplicações de eletrólise. Recuperado de: emedicalprep.com
  3. Wikipedia (2018). Célula eletrolítica. Recuperado de: en.wikipedia.org
  4. Shapley P. (2012). Células galvânicas e eletrolíticas. Recuperado de: butane.chem.uiuc.edu
  5. Bodner Research Web. (sf). Células eletrolíticas. Recuperado de: chemed.chem.purdue.edu

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