Como funciona a extração eletroquímica do alumínio?

Passo 1

Beleza, o exercício pergunta “Como funciona a extração eletroquímica do alumínio?”. Isso cai na matéria de Eletroquímica (nível de Engenharia/Química), mais especificamente no Processo Hall–Héroult. Para resolver a gente vai precisar entender:
  1. Qual a matéria-prima (bauxita → alumina, Al₂O₃);
  2. Por que usamos criolita (Na₃AlF₆) como solvente;
  3. Quais são as reações de oxirredução no cátodo e no ânodo;
  4. Como a gente junta tudo no balanço final.

Passo 2

Primeiro, a bauxita é processada para virar alumina (Al₂O₃) em pó. Mas alumina pura tem ponto de fusão altíssimo (~2072 °C), o que exigiria muita energia para fazer eletrólise. Aí entra a criolita (Na₃AlF₆): ela funciona como “sal fundido” que dissolve a Al₂O₃ e reduz o ponto de fusão do banho para cerca de 950 °C. Assim temos um eletrólito iônico condutor razoável a uma temperatura prática.

Passo 3

No banho líquido, a alumina se dissocia em íons:
Al₂O₃ → 2 Al³⁺ + 3 O²⁻
Quando aplicamos corrente contínua, ocorrem duas semi-reações:
Cátodo (redução):
Al^3+ + 3,e^- ;longrightarrow; Al (l)
Ânodo (oxidação):
Em instalações industriais o ânodo é de carbono, então o oxigênio formado reage com esse carbono:
C (s) + 2,O^2- ;longrightarrow;CO2(g) + 4,e^-

Passo 4

A gente junta as semi-reações para ver o balanço global. Multiplica a semi-reação de redução por 4 e a de oxidação por 3 para igualar elétrons:
4 Al³⁺ + 12 e⁻ → 4 Al
3 C + 6 O²⁻ → 3 CO₂ + 12 e⁻
Somando:
2,Al2O3 + 3,C ;longrightarrow; 4,Al + 3,CO2

Passo 5

Por fim, a teoria por trás é a Lei de Faraday: a quantidade de alumínio que se forma depende da carga elétrica total que passa pela célula. Em geral usamos uma corrente de dezenas de kA para produzir toneladas de alumínio diariamente. A eficiência depende também da temperatura, da pureza da alumina e do desgaste dos ânodos de carbono.

Resposta

A extração eletroquímica do alumínio (processo Hall–Héroult) consiste em dissolver Al₂O₃ em criolita fundida, aplicar corrente para reduzir Al³⁺ a Al metálico no cátodo e oxidar O²⁻ no ânodo de carbono (gerando CO₂). A reação global é:
2,Al2O3 + 3,C ;longrightarrow; 4,Al + 3,CO2

Exercícios relacionados