Numa célula de Hall-Héroult foi utilizada uma corrente de 80.000,00 \mathrm{~A} para produzir aluminio a partir da matéria-prima alumina cujo rendimento foi de 75 \%. Tendo em conta essas informações (a) calcule o fluxo molar da reação catódica principal identificada pelo par \mathrm{Al}^{3+/} \mathrm{Al} \mathrm{e} (b) Cite uma ou mais razões que possam ser atribuídas para justificar essa perda de eficiência do processo

Passo 1

O enunciado descreve uma célula de Hall–Héroult onde circula uma corrente de 80\,000\,\mathrm{A} para reduzir \mathrm{Al}^{3+} a alumínio metálico segundo a meia-reação catódica
\mathrm{Al}^{3+} + 3\,e^- \longrightarrow \mathrm{Al}.
O rendimento global é de 75\%. Vamos calcular o fluxo molar de alumínio depositado (parte a) usando a lei de Faraday, depois listar algumas razões para a eficiência não ser 100\% (parte b).

Passo 2

Pela lei de Faraday, a quantidade de carga necessária para depositar n mols de Al é
Q = n \,z\,F,
onde z=3 é o número de elétrons por mol de Al e F=96485\,\mathrm{C/mol} é a constante de Faraday. Para fluxo molar (mols por segundo), usamos
\dot{n} = \frac{I_\text{efetiva}}{z\,F}.

Passo 3

A corrente efetiva que realmente contribui para a formação de Al é
I_\text{efetiva} = I \times \eta = 80\,000\,\mathrm{A}\times 0,75 = 60\,000\,\mathrm{A}.

Passo 4

Substituindo em \dot{n} = I_\text{efetiva}/(zF), obtemos
\dot{n} = \frac{60\,000}{3 \times 96485}\approx 0,207\,\mathrm{mol/s}.

Passo 5

Possíveis razões para o rendimento ficar em 75\%:
  • Reações parasitas no cátodo ou anodo que desviam parte da corrente (p.ex. evolução de oxigênio ou redução de impurezas).
  • Consumo do anodo de carbono formando CO ou \mathrm{CO_2}, que não contribui para a redução de \mathrm{Al}^{3+}.
  • Perdas ôhmicas e calor gerado na célula, que limitam a eficiência eletroquímica.
  • Reprecipitação de alumínio dissolvido ou formação de compostos indesejados (ex.: \mathrm{Al_4C_3}).

Resposta

(a) \dot{n}\approx 0,207\,\mathrm{mol/s}.
(b) Reações parasitas (evolução de gases), consumo do anodo de carbono (CO/C O_{2}), perdas ôhmicas e formação de subprodutos indesejados.

Exercícios relacionados