Considere a eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de sódio. O anodo consiste de um material eletroquimicamente inerte e o catodo de uma camada de mercúrio no fundo da célula. Nessas condições, a(s) principal(is) ocorrência(s) no catodo será(ão):
a) A formação de amálgama de sódio.
b) A formação e liberação de gás cloro.
c) O aparecimento de cristais de sódio metálico.
d) A formação de cristais de cloreto mercuroso.
a) A formação de amálgama de sódio.
b) A formação e liberação de gás cloro.
c) O aparecimento de cristais de sódio metálico.
d) A formação de cristais de cloreto mercuroso.
Passo 1
O enunciado descreve uma eletrólise de solução aquosa de cloreto de sódio com anodo inerte e catodo revestido por mercúrio. Pergunta: qual(is) a(s) principal(is) ocorrência(s) no catodo, entre as alternativas:
a) A formação de amálgama de sódio.
b) A formação e liberação de gás cloro.
c) O aparecimento de cristais de sódio metálico.
d) A formação de cristais de cloreto mercuroso.
a) A formação de amálgama de sódio.
b) A formação e liberação de gás cloro.
c) O aparecimento de cristais de sódio metálico.
d) A formação de cristais de cloreto mercuroso.
Informações relevantes fornecidas:
- Eletrólito: solução aquosa de NaCl → contém íons
, e água . - Anodo: material eletroquimicamente inerte (não participa formando produtos distintos).
- Catodo: superfície de mercúrio (camada líquida de Hg no fundo da célula).
- A pergunta foca no que ocorre no catodo (não no anodo).
Passo 2
Entendendo o que pode ocorrer num catodo: o catodo é o eletrodo onde ocorrem reduções (ganho de elétrons). Em solução aquosa com
e
, as principais reduções possíveis são:
Explicação didática: a escolha de qual redução efetivamente acontece depende das energias (potenciais) associadas a cada meia-reação e também de efeitos práticos (cinética, presença de superfícies que alteram o processo). Normalmente, em água, a redução da água para formar
é mais fácil (ocorre mais facilmente) do que reduzir
para metal, porque o potencial padrão requerido para reduzir
é muito mais negativo.
Passo 3
Vamos ver os potenciais padrão (para termos uma noção quantitativa). Valores típicos de potenciais de redução padrão (
):
Interpretação: para redução, quanto mais positivo
melhor (mais fácil reduzir). Assim, na ausência de efeitos especiais a redução da água (formação de
) é muito mais favorável que a redução de
(porque
é bem maior que
). Portanto, num catodo comum em solução aquosa esperaríamos evolução de hidrogênio, não deposição de sódio metálico.
Passo 4
Mas aqui o catodo é mercúrio. Qual a importância disso? O mercúrio forma amálgamas (liga líquida) com metais alcalinos como o sódio. Quando sódio metálico é formado no contato com mercúrio, ele imediatamente se dissolve no mercúrio formando uma solução sólida líquida — o amálgama de sódio. Esse processo remove o sódio metálico livre da superfície, alterando a situação de equilíbrio. Esquematicamente:
seguido por dissolução/ligação:
Didaticamente: ao retirar o produto sólido
(ele se “esconde” dentro do Hg formando amálgama), a reação eletroquímica que gera
fica favorecida pela remoção do produto — é um deslocamento de equilíbrio a favor da redução do cátion. Em termos de potencial, a presença do amálgama estabiliza o sódio reduzido e torna menos negativo o potencial efetivo necessário para reduzir
. Além disso, a superfície de mercúrio dificulta a evolução de hidrogênio (efeitos de sobrepotencial e barreira cinética), favorecendo a redução que leva à amálgama.
Passo 5
Conclusão técnica: com catodo de mercúrio, a redução que ocorre preferencialmente no catodo é a redução de
seguida de formação de amálgama de sódio. Ou seja, o sódio formado não aparece como cristais metálicos livres porque ele é imediatamente incorporado ao mercúrio. Por isso as células com catodo de mercúrio foram usadas industrialmente (processo de Castner–Kellner) para produzir amálgama de sódio, que depois era tratado (por exemplo, reagindo com água sob condições controladas) para obter hidróxido de sódio (
).
Passo 6
Por que as outras alternativas estão erradas:
- b) A formação e liberação de gás cloro ocorre no anodo (oxidação de
a ), não no catodo. Logo não é ocorrência do catodo. - c) O aparecimento de cristais de sódio metálico não acontece no catodo revestido por mercúrio, porque o sódio metálico depositado é imediatamente incorporado ao mercúrio formando amálgama — não fica como cristais soltos.
- d) A formação de cristais de cloreto mercuroso (
, calomel) não é a principal ocorrência no catodo neste arranjo. Cristais de cloreto mercuroso podem surgir em outras condições (p.ex. reações químicas entre Hg e sob oxidação), mas com anodo inerte e catodo de mercúrio o comportamento clássico e esperado no catodo é a formação do amálgama de sódio. Portanto essa alternativa não descreve a principal ocorrência no catodo.
Resposta
a) A formação de amálgama de sódio.