Para produção de \mathbf{H}_{2} e \quad \mathbf{O}_{2} (eletrólise da água), utiliza-se eletrólitos para aumentar a condutividade elétrica da solução e realizar o equilíbrio de cargas nas células e eletrodos, tendo no estoque ( \mathbf{N a C l} e \mathbf{N a}_{\mathbf{2}} \mathbf{S O}_{\mathbf{4}} ) e ( \mathbf{H C l} e \mathbf{H}_{\mathbf{2}} \mathbf{S O}_{\mathbf{4}} ) pode-se utilizar quais dos sais e ácidos para esta operação e por quê?

Passo 1

O enunciado trata da eletrólise da água, cujo objetivo é gerar \mathrm{H}_{2} no cátodo e \mathrm{O}_{2} no ânodo. Para isso é preciso um eletrólito que aumente a condutividade da solução sem gerar outros gases indesejados. O conteúdo envolvido é eletrólise, equilíbrio de cargas e potenciais de eletrodo padrão.

Passo 2

Analisando o cloreto de sódio \mathrm{NaCl}: em solução aquosa fornece \mathrm{Na}^{+} e \mathrm{Cl}^{-}. No ânodo compete a oxidação de água
2\,\mathrm{H_{2}O}\to\mathrm{O_{2}}+4\,\mathrm{H^{+}}+4\,e^{-}\quad E^{\circ}=+1{,}23\:\mathrm{V}
com a oxidação de cloreto
2\,\mathrm{Cl^{-}}\to\mathrm{Cl_{2}}+2\,e^{-}\quad E^{\circ}=+1{,}36\:\mathrm{V}.
Apesar de o potencial de cloreto ser ligeiramente maior, cineticamente a reação que gera \mathrm{Cl_{2}} ocorre com mais facilidade, produzindo cloro em vez de oxigênio.

Passo 3

Analisando o sulfato de sódio \mathrm{Na_{2}SO_{4}}: em solução gera \mathrm{Na^{+}} e \mathrm{SO_{4}^{2-}}. O ânion sulfato não se oxida nas condições de eletrólise da água (requer potenciais muito mais altos), logo a oxidação principal no ânodo será a de água, liberando \mathrm{O_{2}} puro.

Passo 4

Analisando o ácido clorídrico \mathrm{HCl}: em solução fornece \mathrm{H^{+}} e \mathrm{Cl^{-}}. Aqui também o \mathrm{Cl^{-}} compete e gera cloro gasoso no ânodo, atrapalhando a produção de oxigênio.

Passo 5

Analisando o ácido sulfúrico \mathrm{H_{2}SO_{4}}: em solução fornece \mathrm{H^{+}} e \mathrm{SO_{4}^{2-}}. O íon sulfato é estável e não se oxida, de modo que a eletrólise do ânodo produz \mathrm{O_{2}}. Além disso, o excesso de \mathrm{H^{+}} melhora a condutividade e reduz a sobrepotencial para a reação no cátodo.

Resposta

Pode-se utilizar o sal \mathrm{Na_{2}SO_{4}} ou o ácido \mathrm{H_{2}SO_{4}}. Não se recomenda \mathrm{NaCl} nem \mathrm{HCl} porque o íon cloreto é oxidado a \mathrm{Cl_{2}}, produzindo cloro e impedindo a formação pura de \mathrm{O_{2}}.

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