Explique o funcionamento da célula de Downs utilizada para a obtenção de sódio metálico.
Passo 1
O enunciado pede para explicar o funcionamento da célula de Downs, que é usada para obter sódio metálico por eletrólise ígnea. O conteúdo envolve eletroquímica, condutividade de sais fundidos, reações nos eletrodos e separação de produtos. Para resolver, vamos revisar a composição do eletrólito, as reações de cátodo e ânodo, o arranjo da célula e a forma de coletar o sódio.
Passo 2
O eletrólito na célula de Downs é uma mistura de
e
. A adição de
reduz o ponto de fusão do cloreto de sódio de cerca de
para aproximadamente
, facilitando a fusão e melhorando a condutividade iônica. No estado líquido, temos íons
,
e
livres para migrar sob a ação de uma corrente elétrica.
Passo 3
Nos eletrodos ocorrem as seguintes semirreações:
Ao aplicar uma diferença de potencial, os íons
migram para o cátodo, ganham elétrons e formam sódio metálico líquido; os íons
migram para o ânodo, perdem elétrons e liberam cloro gasoso.
Passo 4
O projeto da célula de Downs separa fisicamente a zona do cátodo da zona do ânodo por um diafragma metálico perfurado ou reticulado. Esse arranjo impede que o sódio metálico, menos denso (e que flutua), se misture com o cloro gasoso. O sódio líquido é então recolhido em um tubo de extração, enquanto o cloro sai pela parte superior da cuba de grafite.
Passo 5
Para operar com segurança e pureza, mantém-se temperatura controlada em torno de
, evita-se presença de umidade (que formaria óxido ou hidreto de sódio) e recolhe-se o sódio em atmosfera inerte ou sob óleo mineral para impedir oxidação. O cloro gerado pode ser capturado e utilizado em outros processos industriais.
Resposta
A célula de Downs opera por eletrólise ígnea de uma mistura fundida de
e
. No cátodo ocorre a redução de
a sódio metálico, que flutua e é coletado; no ânodo, os
são oxidados a
gasoso, separado por um diafragma que impede a recombinação dos produtos. O uso de
diminui o ponto de fusão e melhora a eficiência do processo.