Na eletrólise de
(salmoura) com eletrodos inertes, os produtos principais esperados são:
a)
no cátodo
no ânodo
b)
no cátodo
no ânodo
c)
no cátodo e
no ânodo
d)
no cátodo e
no ânodo (sem formação de NaOH )
e)
no cátodo e
no ânodo
a)
b)
c)
d)
e)
Passo 1
O enunciado pergunta, na eletrólise de
(salmoura) com eletrodos inertes, quais são os produtos principais esperados — ou seja, o que se forma no cátodo e no ânodo — e dá cinco alternativas (a)–(e). Informações relevantes fornecidas:
- Eletrólito:
(salmoura), portanto há , e muita água . - Eletrodos: inertes (por exemplo
ou grafite) — não participam quimicamente, só conduzem elétrons. - A tarefa: identificar quais espécies são reduzidas no cátodo e quais são oxidadas no ânodo entre as opções dadas.
Passo 2
Conceitos básicos (explicando passo a passo para não ficar perdido):
- Em eletrólise, o cátodo é o eletrodo onde ocorre redução (ganho de elétrons) e o ânodo é onde ocorre oxidação (perda de elétrons).
- Para prever qual reação ocorre em cada eletrodo em solução aquosa, listamos as possíveis semi-reações (redução no cátodo, oxidação no ânodo) e comparamos suas facilidades termodinâmicas usando potenciais padrão e também consideramos efeitos práticos (concentração e sobrepotencial).
- Significado do potencial padrão
: é uma medida da tendência de uma meia-reação ocorrer como redução. Quanto mais positivo , mais fácil é reduzir essa espécie (em condições padrão). Para decidir entre duas reduções, a com mais positivo é termodinamicamente favorecida. Para escolher a oxidação que realmente ocorre, consideramos as reduções “reversas” e fatores cinéticos.
Passo 3
Possíveis semi-reações no cátodo (reduções) e seus potenciais padrão (valores típicos):
- Redução de
a sódio metálico:
Aqui
é muito negativo — significa que reduzir
para metal exige uma grande energia elétrica (muito desfavorável em água).
- Redução de água gerando hidrogênio em meio básico (ou neutro):
Explicando as variáveis:
é a água,
elétron,
é hidrogênio gasoso e
são íons hidroxila que ficam na solução. O
aqui é bem menos negativo que o de
, então termodynamicamente é muito mais fácil reduzir água formando
do que reduzir
.
Passo 4
Conclusão para o cátodo (com explicação prática):
- Como
tem muito mais negativo que a redução da água, a redução da água é favorecida. Logo, no cátodo forma-se e permanecem na solução. - Em palavras simples: na presença de água, é quase impossível produzir
diretamente porque a água “rouba” os elétrons mais facilmente e vira . Resultado prático: cátodo → .
Passo 5
Efeito da reação no cátodo sobre a solução:
- A redução de água produz
localmente. Essas combinam-se com os presentes formando hidróxido de sódio ( ) na solução próxima ao cátodo. Portanto a concentração de aumenta na solução durante a eletrólise.
Passo 6
Possíveis semi-reações no ânodo (oxidações) — escrevendo-as como reduções para usar
padrão e depois invertendo:
- Redução (reversa da oxidação de
):
- Redução do oxigênio (reversa da oxidação da água a
) em meio ácido:
Observações importantes e didáticas:
- Como estão escritas, essas são reduções. Para obter as oxidações reais que ocorrem no ânodo, invertem-se as equações (trocando sinal dos elétrons) — mas comparar
dessas reduções ajuda a saber qual espécie é mais fácil de oxidar na prática. - Numericamente,
é um pouco maior que (em meio ácido). Isso sugere que, termodinamicamente, formar a partir da água poderia ser competitivo. Porém a eletrólise prática não depende só de : a concentração das espécies e a cinética (barreiras de reação na interface eletrodo/solução) têm grande impacto.
Passo 7
Por que, na prática, o ânodo libera
e não
:
- Em salmouras (alta concentração de
) há muita mais disponibilidade de junto ao ânodo do que espécies que geram . - Além disso existe o efeito de sobrepotencial (overpotential): a evolução de
na maioria dos eletrodos inertes requer um sobrepotencial maior (mais “força” aplicada) do que a oxidação de . Na prática, isso torna a oxidação de (formando ) mais fácil de ocorrer no ânodo de uma salmoura, mesmo que os padrão sejam próximos. - Portanto, em eletrólise de NaCl(aq) típica, o ânodo produz
.
Passo 8
Escrevendo as semi-reações que realmente ocorrem e combinando-as:
- Redução no cátodo:
- Oxidação no ânodo (escrita como oxidação):
Somando as duas para cancelar os elétrons, obtemos a reação global:
Explicando: os
não são reduzidos; eles permanecem em solução e combinam-se com os
formados no cátodo para dar
.
Passo 9
Resumo didático e conclusão (pra gravar na prova):
- No cátodo: redução da água → formação de
e . - No ânodo: oxidação do cloreto → formação de
. - Produto aquoso resultante:
(salmoura vira solução básica de hidróxido de sódio perto do cátodo). - Reação global:
. - Portanto a alternativa correta é a que indica
no cátodo e no ânodo.
Resposta
b)