Descreva as leis de Faraday para a eletrólise.
Passo 1
Você pediu: “Descreva as leis de Faraday para a eletrólise.” Isso significa que eu vou explicar, passo a passo, o que dizem as leis de Faraday, quais fórmulas surgem delas, o significado de cada símbolo e como aplicar isso em exercícios de prova. Não há dados numéricos no enunciado; o objetivo é entender a teoria e aprender a usar as fórmulas em problemas práticos.
Passo 2
Primeira ideia importante (sem resolver nada ainda): a eletrólise envolve uma corrente elétrica que faz íons ganharem ou perderem elétrons, transformando íons em átomos (depósito) ou liberando substâncias. A quantidade de matéria produzida depende da carga elétrica que passou pelo circuito. Para relacionar carga e massa usamos a definição de carga elétrica:
onde
é a carga em coulombs,
é a corrente em ampères e
é o tempo em segundos. Sempre converta minutos/horas para segundos antes de usar as fórmulas.
Passo 3
Primeira lei de Faraday (enunciado e interpretação): a massa
de substância depositada (ou liberada) numa eletrodo é diretamente proporcional à carga elétrica
que atravessou o eletrólito. Em símbolos:
Isto quer dizer que se dobrar a carga, dobra a massa depositada. Nada mágico — é proporcionalidade direta.
Passo 4
Dedução prática da primeira lei (como obter a fórmula útil): para reduzir/oxidar um íon é preciso um certo número de elétrons. Se cada íon do elemento precisa de
elétrons para ser neutralizado (por exemplo,
para
), então para depositar uma mole desse metal são necessários
moles de elétrons. Como 1 mol de elétrons corresponde à constante de Faraday
em coulombs, a carga necessária para depositar 1 mol do metal é
. Logo:
- número de mols depositados
, - massa depositada
(número de mols) massa molar .
Assim obtemos a fórmula central:
Substituindo
obtemos a forma prática muito usada em provas:
Aqui:
-
é a massa depositada (gramas, por exemplo), -
é a corrente (ampères), -
é o tempo (segundos), -
é a massa molar do elemento (gramas por mol), -
é o número de elétrons trocados por íon (valência do íon na reação de depósito), -
é a constante de Faraday, aproximadamente .
Passo 5
Segunda lei de Faraday (enunciado e interpretação): para a mesma quantidade de carga elétrica
, as massas de diferentes substâncias depositadas são proporcionais às suas massas-equivalentes (ou equivalentes químicos). A massa-equivalente
de um elemento é
A segunda lei em fórmula:
Isto significa que, se a mesma carga atravessa dois eletrólitos diferentes, o metal com maior
terá maior massa depositada proporcionalmente.
Passo 6
Formas alternativas e rearranjos úteis (para aplicar em exercícios de prova):
- expressão com carga:
com . - usando massa-equivalente:
onde . - isolar corrente:
. - isolar tempo:
.
Dica prática: identifique sempre quais grandezas são dadas (normalmente
ou
) e escolha a forma que isola a incógnita. Verifique unidades (tempo em segundos, massa molar em g/mol se quiser m em g, etc.).
Passo 7
Exemplo resolvido passo a passo (como em prova): “Qual massa de cobre metálico (
,
,
para
) será depositada por uma corrente de
que passa durante
?”
- Converter tempo para segundos:
. - Usar a fórmula
. - Substituir os números:
- Simplificar fator
no numerador e denominador:
- Calcule passo a passo (sem pular etapas):
. Agora
Resultado: aproximadamente
de cobre. (Se precisar na prova, arredonde conforme pedido.)
Passo 8
Outro exemplo rápido (mostrar rearranjo): “Quanto tempo é necessário para depositar
de prata (
,
,
) com corrente
?”
Use . Substituindo:
Use
Mostrei isso para você ver como isolar a incógnita e transformar a fórmula conforme o que a questão pede.
Passo 9
Erros comuns na prova e dicas práticas (para evitar perder ponto):
- sempre transforme tempo para segundos antes de usar
;\n - confirme a valência
adequada à reação dada (muitos erram por pegar valência errada);\n - use
em unidades compatíveis com a massa final desejada (se quer em gramas, use em );\n - cuide do número de algarismos significativos ao final; não carregue excesso de casas durante manifestações intermediárias se a prova pede aproximação;\n- se a questão der quantidade de carga
diretamente, use sem passar por e .
Passo 10
Resumo para decorar e levar pra prova (mentalmente fácil): “massa proporcional à carga; para cada mol de íons preciso de
coulombs; daí
e massas relativas seguem
.” Vai com calma, respira, e confia: se você seguir a receita das fórmulas e checar unidades, resolve a maioria das questões de eletrólise.
Resposta
Primeira lei: A massa depositada é proporcional à carga elétrica:
, sendo
Segunda lei: Para a mesma carga, massas de diferentes substâncias são proporcionais às suas massas-equivalentes
:
Constante de Faraday:
.