Numa célula eletrolítica, para verificar quais as reações mais favoráveis devemse sempre comparar os potenciais necessários para a redução e a oxidação das espécies desejadas com aqueles da redução e oxidação da água (se o processo é realizado em solução aquosa). Assim, verifique quais as espécies obtidas na eletrólise de:
Uma solução aquosa de NaOH ;

Passo 1

O enunciado pede para determinar quais espécies são formadas na eletrólise de uma solução aquosa de NaOH. O conteúdo é eletroquímica aplicada à eletrólise em meio aquoso, em que comparamos potenciais de redução das espécies dissolvidas com os da água para saber o que ocorre no cátodo e no ânodo.

Passo 2

No cátodo há duas possíveis reduções \mathrm{Na^{+} + e^{-} \to Na} \mathrm{2\,H_{2}O + 2\,e^{-} \to H_{2} + 2\,OH^{-}}
Precisamos dos potenciais padrão de redução: \displaystyle E^\circ(\mathrm{Na^{+}/Na}) = -2{,}71\\ \mathrm{V} \displaystyle E^\circ(\mathrm{H_{2}O/H_{2}}) = -0{,}83\\ \mathrm{V}

Passo 3

Como o potencial de redução da água -0{,}83\\ \mathrm{V} é muito menos negativo que o do íon sódio -2{,}71\\ \mathrm{V}, a água é reduzida com menor sobrepotencial. Logo, no cátodo formam-se gás hidrogênio e íons hidróxido segundo \mathrm{2\,H_{2}O + 2\,e^{-} \;\longrightarrow\; H_{2}\uparrow + 2\,OH^{-}}.

Passo 4

No ânodo também há duas possibilidades de oxidação em meio alcalino:
– oxidação de \mathrm{OH^{-}} segundo a meia-reação (reversa da redução de O_{2} em básico)
\mathrm{4\,OH^{-} \;\longrightarrow\; O_{2}\uparrow + 2\,H_{2}O + 4\,e^{-}} \quad\text{com}\quad E^\circ_{\text{red}}(\mathrm{O_{2}/OH^{-}})=+0{,}40\\ \mathrm{V},
– oxidação direta da água é termodinamicamente menos favorável (potencial de oxidação correspondente maior).

Passo 5

Como a oxidação de \mathrm{OH^{-}} exige menor potencial, no ânodo forma-se gás oxigênio e retorna parte da água: \mathrm{4\,OH^{-} \;\longrightarrow\; O_{2}\uparrow + 2\,H_{2}O + 4\,e^{-}}.
O cátion \mathrm{Na^{+}} permanece em solução como espectador, e a concentração de \mathrm{OH^{-}} é mantida.

Resposta

No cátodo evolui \mathrm{H_{2}(g)} e no ânodo evolui \mathrm{O_{2}(g)}. A reação global é \mathrm{2\,H_{2}O(l) \;\longrightarrow\; 2\,H_{2}(g) + O_{2}(g)}.

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