Slides sobre células eletrlíticas e eletrólise

Slides sobre células eletrlíticas e eletrólise

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ELETRÓLISEELETRÓLISE:: ReaçãoReação dede oxidaçãooxidação--redução,redução, nãonão espontânea,espontânea, impulsionadaimpulsionada porpor umauma fontefonte dede energiaenergia elétricaelétrica..

ELETROLÍTICA:: DispositivoDispositivo ondeonde sese operaopera umauma eletróliseeletrólise..

Exemplo: Eletrólise de cloreto de sódio fundido

Fonte de voltagem e-e-+-Exemplo: Eletrólise de cloreto de sódio fundido

Fonte de voltagem

NaClNaCl fundidofundido

Anodo Catodo

QuandoQuando umauma eletróliseeletrólise ocorreocorre emem meiomeio aquosoaquoso asas reaçõesreações dede oxidaçãooxidação e reduçãoredução dada águaágua podempodem ocorrerocorrer::

++ 4e-- E° == 1,,2323 V I––ELETRÓLISE EM SOLUÇÕES AQUOSASELETRÓLISE EM SOLUÇÕES AQUOSAS

“muro do oxigênio”

“muro do hidrogênio”Exemplo: voltamograma mostrando correntes de oxidação e redução da água.

A eletroreduçãoeletroredução dede umum solutosoluto nana águaágua concorreráconcorrerá comcom a reaçãoreação dede eletroreduçãoeletroredução dada própriaprópria águaágua..

ExemploExemplo:: NãoNão é possívelpossível obterobter sódiosódio metálicometálico porpor reduçãoredução dodo íoníon NaNa++ emem soluçãosolução aquosaaquosa..

E° == -- 0,,8383 V REDUÇÃOREDUÇÃO DODO ÍONÍON SÓDIOSÓDIO:: NaNa++

UmaUma análiseanálise dosdos potenciaispotenciais dede eletrodoeletrodo mostramostra queque a reduçãoredução dada água,água, parapara produzirproduzir hidrogênio,hidrogênio, é maismais favorávelfavorável dodo pontoponto dede vistavista termodinâmico,termodinâmico, queque a reduçãoredução dodo íoníon sódiosódio emem sódiosódio metálicometálico..

A eletroreduçãoeletroredução dede umum solutosoluto nana águaágua concorreráconcorrerá comcom a reaçãoreação dede eletroreduçãoeletroredução dada própriaprópria águaágua..

ExemploExemplo:: NãoNão é possívelpossível obterobter sódiosódio metálicometálico porpor reduçãoredução dodo íoníon NaNa++ emem soluçãosolução aquosaaquosa..

E° == -- 0,,8383 V REDUÇÃOREDUÇÃO DODO ÍONÍON SÓDIOSÓDIO:: NaNa++

UmaUma análiseanálise dosdos potenciaispotenciais dede eletrodoeletrodo mostramostra queque a reduçãoredução dada água,água, parapara produzirproduzir hidrogênio,hidrogênio, é maismais favorávelfavorável dodo pontoponto dede vistavista

Igualmente,Igualmente, a eletrooxidaçãoeletrooxidação dede umum solutosoluto nana águaágua concorreráconcorrerá comcom a reaçãoreação dede eletrooxidaçãoeletrooxidação dada própriaprópria águaágua..

ExemploExemplo:: oxidaçãooxidação dodo íoníon cloretocloreto parapara formarformar clorocloro

UmaUma análiseanálise puramentepuramente termodinâmicatermodinâmica levarialevaria a acreditaracreditar queque a oxidaçãooxidação dodo íoníon cloretocloreto é impraticávelimpraticável emem meiomeio aquosoaquoso.. Porém,Porém, a oxidaçãooxidação dada águaágua é umauma reaçãoreação lenta,lenta, queque requerrequer umum potencialpotencial maismais elevadoelevado parapara ocorrerocorrer.. EsseEsse potencialpotencial suplementar,suplementar, usadousado parapara compensarcompensar efeitosefeitos cinéticoscinéticos é chamadochamado dede sobretensãosobretensão..

ComoComo a sobretensãosobretensão necessárianecessária parapara a produçãoprodução dodo oxigêniooxigênio a partirpartir dada águaágua é alta,alta, o clorocloro gasosogasoso seráserá produzidoproduzido nono anodoanodo e nãonão o oxigênioxigênio..

Igualmente,Igualmente, a eletrooxidaçãoeletrooxidação dede umum solutosoluto nana águaágua concorreráconcorrerá comcom a reaçãoreação dede eletrooxidaçãoeletrooxidação dada própriaprópria águaágua..

ExemploExemplo:: oxidaçãooxidação dodo íoníon cloretocloreto parapara formarformar clorocloro

UmaUma análiseanálise puramentepuramente termodinâmicatermodinâmica levarialevaria a acreditaracreditar queque a oxidaçãooxidação dodo íoníon cloretocloreto é impraticávelimpraticável emem meiomeio aquosoaquoso.. Porém,Porém, a oxidaçãooxidação dada águaágua é umauma reaçãoreação lenta,lenta, queque requerrequer umum potencialpotencial maismais elevadoelevado parapara ocorrerocorrer.. EsseEsse potencialpotencial suplementar,suplementar, usadousado parapara compensarcompensar efeitosefeitos cinéticoscinéticos é chamadochamado dede sobretensãosobretensão..

ComoComo a sobretensãosobretensão necessárianecessária parapara a produçãoprodução dodo oxigêniooxigênio a partirpartir dada

DoDo exposto,exposto, podemospodemos concluirconcluir queque a eletróliseeletrólise dede umauma soluçãosolução dede cloretocloreto dede sódiosódio iráirá produzirproduzir hidrogêniohidrogênio e íonsíons OHOH-- nono catodo,catodo, e produziráproduzirá clorocloro gasosogasoso nono anodoanodo.. ( Processo (

Processo industrialindustrial dede obtençãoobtenção dede clorocloro e sodasoda cáustica) cáustica) ReaçõesReações::

) A femfem mínimamínima parapara realizarrealizar a eletróliseeletrólise seráserá::

== --2,,1919 V O sinalsinal negativonegativo indicaindica queque o processoprocesso nãonão é espontâneoespontâneo..

DoDo exposto,exposto, podemospodemos concluirconcluir queque a eletróliseeletrólise dede umauma soluçãosolução dede cloretocloreto dede sódiosódio iráirá produzirproduzir hidrogêniohidrogênio e íonsíons OHOH-- nono catodo,catodo, e produziráproduzirá clorocloro gasosogasoso nono anodoanodo.. ( Processo (

Processo industrialindustrial dede obtençãoobtenção dede clorocloro e sodasoda cáustica) cáustica) ReaçõesReações::

) A femfem mínimamínima parapara realizarrealizar a eletróliseeletrólise seráserá::

A reduçãoredução dede metaismetais alcalinosalcalinos e alcalinoalcalino--terrososterrosos puros,puros, a partirpartir dede seusseus sais,sais, nãonão podepode serser realizadarealizada emem soluçãosolução aquosa,aquosa, poispois osos potenciaispotenciais dede reduçãoredução dosdos íonsíons destesdestes metaismetais sãosão inferioresinferiores aoao potencialpotencial dede

A obtençãoobtenção dosdos metaismetais purospuros é conseguidaconseguida porpor eletróliseeletrólise dosdos saissais fundidosfundidos destesdestes metais,metais, meiomeio nono qualqual osos íonsíons metálicosmetálicos sãosão maismais facilmentefacilmente redutíveisredutíveis..

A reduçãoredução dede metaismetais alcalinosalcalinos e alcalinoalcalino--terrososterrosos puros,puros, a partirpartir dede seusseus sais,sais, nãonão podepode serser realizadarealizada emem soluçãosolução aquosa,aquosa, poispois osos potenciaispotenciais dede reduçãoredução dosdos íonsíons destesdestes metaismetais sãosão inferioresinferiores aoao potencialpotencial dede

A obtençãoobtenção dosdos metaismetais purospuros é conseguidaconseguida porpor eletróliseeletrólise dosdos saissais fundidosfundidos destesdestes metais,metais, meiomeio nono qualqual osos íonsíons metálicosmetálicos sãosão maismais

EXEMPLOEXEMPLO:: obtençãoobtenção dede sódiosódio metálicometálico porpor eletróliseeletrólise dede NaClNaCl fundidofundido.. I––ELETRÓLISE DE ELETRÓLITOS FUNDIDOSELETRÓLISE DE ELETRÓLITOS FUNDIDOS

1 mol NaCl para 3 mol de CaCl2 Temperatura de fusão da mistura

Baixa de 800 C para 600 C . CONDIÇÕES OPERACIONAIS

Célula de Downs para produção industrial de sódio

1 mol NaCl para 3 mol de CaCl2 Temperatura de fusão da mistura

Baixa de 800 C para 600 C . CONDIÇÕES OPERACIONAIS a partir de Cu2+ são necessários 2 moles de e- a partir de Al3+ são necessários 3 moles de e-

Constante

Faraday

Estequiometria Massa molar, volume molar

Quantidade de Eletricidade

Mols de elétrons Mols de

Produtos

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