Questão 9- Os metais alcalinos e alcalinoterrosos, assim como os halogênios, são muito reativos e não são encontrados na natureza na forma de substâncias simples, apenas como substâncias compostas, mas podem ser obtidos pela eletrólise ignea de seus sais, feita com eletrodos inertes. Considere que os sais relacionados a seguir sejam submetidos a uma eletrólise ígnea. Indique em cada caso a equação de dissociação do sal, a reação catódica, a reação anódica e a equação global do processo.
b) Fluoreto de cálcio - \mathrm{CaF}_{2}(\mathrm{~s}).

Passo 1

O enunciado pede, para a eletrólise ígnea do fluoreto de cálcio, que eu apresente: (i) a equação de dissociação do sal, (ii) a reação catódica, (iii) a reação anódica e (iv) a equação global do processo.
Informações dadas (resumidas): o sal é \mathrm{CaF}_{2}(\mathrm{s}); a eletrólise é ígnea (isto é, o sal está fundido, sem presença de água) e os eletrodos são inertes. Estas são todas as informações que precisamos usar.

Passo 2

Entendendo o que acontece quando um sal iônico funde: um cristal iônico como \mathrm{CaF}_{2} é formado por cátions e ânions presos na rede. Ao fundir o sal (eletrólise ígnea) a rede se rompe e os íons ficam livres para se movimentar. A primeira equação que escrevemos é a dissociação iônica do sal fundido. Escrevemos a fórmula do sal separando-a em seu cátion e seus ânions com as cargas indicando quantas unidades aparecem:
\mathrm{CaF}_{2}(\mathrm{s}) \longrightarrow \mathrm{Ca}^{2+} + 2\,\mathrm{F}^{-}.
Aqui eu destaquei que um íon \mathrm{Ca}^{2+} aparece para cada dois íons \mathrm{F}^{-}, o que vem da fórmula \mathrm{CaF}_{2}.

Passo 3

O que ocorre nos eletrodos (conceito importante, explicado passo a passo):
  • Cathode (catodo) é o eletrodo negativo; nele ocorre redução (ganho de elétrons). Íons positivos (cátions) migram para o cátodo.
  • Anode (anodo) é o eletrodo positivo; nele ocorre oxidação (perda de elétrons). Íons negativos (ânions) migram para o anodo.
    Como o processo é ígneo (sem água), não há competição com redução/oxidação da água — só participam os íons do sal.

Passo 4

Determinação da reação catódica (redução): o cátion presente é \mathrm{Ca}^{2+}. Redução significa receber elétrons. Cada \mathrm{Ca}^{2+} precisa de dois elétrons para virar cálcio metálico. Escrevemos a meia-reação de redução (catódica):
\mathrm{Ca}^{2+} + 2\,\mathrm{e}^{-} \longrightarrow \mathrm{Ca}.
Observação prática: em eletrólise ígnea de \mathrm{CaF}_{2} o cálcio formado será metálico (no estado líquido se a temperatura for acima do ponto de fusão do cálcio), então podemos indicar \mathrm{Ca}(l) se quisermos dar o estado físico mais realista. Mas a equação de redução essencial é a mostrada.

Passo 5

Determinação da reação anódica (oxidação): o ânion presente é \mathrm{F}^{-}. Oxidação significa perder elétrons, formando a molécula diatômica do halogênio, \mathrm{F}_{2}. Para evitar frações de elétrons escrevemos a meia-reação com dois íons fluoreto:
2\,\mathrm{F}^{-} \longrightarrow \mathrm{F}_{2} + 2\,\mathrm{e}^{-}.
Explicação: cada \mathrm{F}^{-} doa um elétron para formar \mathrm{F}, dois átomos \mathrm{F} se unem formando \mathrm{F}_{2}; escrever com dois íons garante que o número de elétrons seja inteiro e compatível com a meia-reação do cátodo.

Passo 6

Combinação das meias-reações (cancele os elétrons): somamos a meia-reação catódica e a anódica. A meia-reação catódica fornece 2\,\mathrm{e}^{-} consumidos; a anódica fornece 2\,\mathrm{e}^{-} produzidos — eles se cancelam. Somando as duas:
\mathrm{Ca}^{2+} + 2\,\mathrm{F}^{-} \longrightarrow \mathrm{Ca} + \mathrm{F}_{2}.
Agora substituímos o lado esquerdo pela forma do sal sólido antes da dissociação, recuperando a equação global do processo de eletrólise ígnea:
\mathrm{CaF}_{2}(\mathrm{s}) \longrightarrow \mathrm{Ca} + \mathrm{F}_{2}.
Balanceamento e observações: a equação está balanceada em átomos e cargas. Stoquiometricamente, 1 mol de \mathrm{CaF}_{2} produz 1 mol de \mathrm{Ca} e 1 mol de \mathrm{F}_{2}.

Passo 7

Recapitulando de forma prática (o que escrever na prova): sempre faça os passos: (i) escreva a dissociação iônica do sal fundido; (ii) identifique cátions para redução e ânions para oxidação; (iii) escreva as meias-reações com elétrons balanceados; (iv) some as meias-reações cancelando elétrons; (v) escreva a equação global. Você pode acrescentar estados físicos se quiser: \mathrm{Ca}(l) e \mathrm{F}_{2}(g). Vai dar certo — respira, anota com calma cada meia-reação e confira os elétrons!

Resposta

\mathrm{CaF}_{2}(\mathrm{s}) \longrightarrow \mathrm{Ca}^{2+} + 2\,\mathrm{F}^{-}
\mathrm{Ca}^{2+} + 2\,\mathrm{e}^{-} \longrightarrow \mathrm{Ca}
2\,\mathrm{F}^{-} \longrightarrow \mathrm{F}_{2} + 2\,\mathrm{e}^{-}
\mathrm{CaF}_{2}(\mathrm{s}) \longrightarrow \mathrm{Ca} + \mathrm{F}_{2}

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