Para obter potássio e cloro a partir de KCl sólido, deve-se fazer uma eletrólise com eletrodos inertes. Assinale a alternativa incorreta.
a) Para que a eletrólise ocorra, é preciso fundir a amostra de KCl.
b) O ânion cloreto será oxidado no anodo.
c) O cátion
será reduzido no catodo.
d) O potássio obtido deverá ser recolhido em recipiente contendo água para evitar o seu contato com o ar.
a) Para que a eletrólise ocorra, é preciso fundir a amostra de KCl.
b) O ânion cloreto será oxidado no anodo.
c) O cátion
d) O potássio obtido deverá ser recolhido em recipiente contendo água para evitar o seu contato com o ar.
Passo 1
O enunciado diz que queremos obter potássio e cloro a partir de
sólido por eletrólise com eletrodos inertes e pede para assinalar a alternativa incorreta entre as opções:
a) Para que a eletrólise ocorra, é preciso fundir a amostra de .
b) O ânion cloreto será oxidado no ânodo.
c) O cátion será reduzido no cátodo.
d) O potássio obtido deverá ser recolhido em recipiente contendo água para evitar o seu contato com o ar.
a) Para que a eletrólise ocorra, é preciso fundir a amostra de
b) O ânion cloreto será oxidado no ânodo.
c) O cátion
d) O potássio obtido deverá ser recolhido em recipiente contendo água para evitar o seu contato com o ar.
As informações relevantes dadas pelo enunciado: a substância inicial é
no estado sólido; a operação é eletrólise com eletrodos inertes; o objetivo é obter os elementos químicos potássio e cloro. A tarefa é identificar qual das quatro afirmações é incorreta.
Passo 2
Comentário sobre o que é eletrólise e por que um sólido iônico não conduz corrente elétrica. Eletrólise é um processo em que aplicamos uma diferença de potencial entre dois eletrodos imersos num meio iônico para forçar reações de oxidação e redução não espontâneas. Para que exista corrente elétrica no meio é preciso que existam íons livres que possam se deslocar. Em um cristal iônico sólido como
os íons estão presos na rede cristalina e não se movem, então o sólido não conduz eletricidade. Por isso, para fazer eletrólise de
é necessário que os íons fiquem móveis: isso ocorre se derretermos o sal (estado fundido,
) ou se o dissolvermos em água (solução aquosa). Portanto a afirmação (a) diz que é preciso fundir a amostra — isso é correto caso a eletrólise de interesse seja para obter os elementos puros, porque em solução aquosa o resultado muda (vou explicar isso a seguir).
Passo 3
Explicação das meias-reações esperadas no eletrólito fundido e escrita das semirreações. Num banho de
fundido os únicos portadores de carga são
e
. Nos eletrodos ocorrem as seguintes reações:
No cátodo (redução): redução do cátion potássio
No ânodo (oxidação): oxidação do ânion cloreto
Essas são as meias-reações que geram potássio metálico no cátodo e gás cloro no ânodo quando a eletrólise é feita em
. Note que cada passo envolve transferência de elétrons (o símbolo
representa elétrons).
Passo 4
Obtenção da reação global balanceada somando as meias-reações. Somando as duas equações acima (multiplicando a redução por 2 para cancelar elétrons) obtemos a reação global:
No estado fundido isso corresponde, escrevendo o estado da matéria:
Isto confirma que em
fundido obtemos potássio metálico e cloro gasoso — portanto as afirmações (a), (b) e (c) estão consistentes com esse cenário.
Passo 5
Por que não usar solução aquosa se quisermos metal potássio? Explicação com potenciais padrão. Se a eletrólise fosse feita em solução aquosa de
, o que acontece na prática é que existem duas espécies passíveis de serem reduzidas no cátodo:
e a água. A escolha real depende dos potenciais de redução padrão; para comparação, alguns valores padrão são (valores de eletrodo padrão, SHE):
Como a redução da água tem potencial muito menos negativo, a água é reduzida preferencialmente, formando
, em vez de formar
. Assim, em solução aquosa você obtém gás hidrogênio no cátodo (e possivelmente oxigênio ou cloro no ânodo, dependendo de concentrações e sobretensões), mas não potássio metálico. Por isso, para obter o metal K é necessário o banho fundido (confirmando a ideia da opção (a)).]
Passo 6
Por que a opção (b) está correta — entendimento da oxidação do cloreto. A oxidação é perda de elétrons, e o ânion
perde elétrons formando
gasoso segundo:
Isto é uma oxidação ocorrendo no ânodo (o ânodo é o polo onde ocorre oxidação). Portanto (b) é verdadeira.
Passo 7
Por que a opção (c) está correta — entendimento da redução do cátion. Redução é ganho de elétrons; o cátion
ganha elétron(s) no cátodo formando o metal:
Isto ocorre no cátodo, logo (c) é verdadeira no contexto do banho fundido.
Passo 8
Porque a opção (d) é incorreta — armazenamento do potássio obtido. O potássio metálico é extremamente reativo com água e também reage com o oxigênio e umidade do ar. Se colocarmos
em água ocorre reação violenta e exotérmica:
o que gera hidróxido de potássio e gás hidrogênio, podendo inflamar o hidrogênio. Portanto NÃO se deve recolher ou guardar potássio em recipiente contendo água. Pelo contrário, metais alcalinos como o potássio são normalmente guardados submersos em óleo mineral ou querosene, num ambiente seco e inerte, para evitar contato com ar e água. Logo a alternativa (d) está errada.
Passo 9
Resumo final do raciocínio: em eletrólise de
obtém-se
no cátodo e
no ânodo; para obter esse metal é necessário o sal fundido (não solução aquosa); e o potássio metálico não pode ser recolhido em água — isso causaria reação violenta. Assim a alternativa incorreta é (d).
Resposta
(d)