Questão 6- A preparação industrial do hidróxido de sódio, NaOH , se dá através da eletrólise em solução aquosa do NaCl , de acordo com a reação:
2 \mathrm{NaCl}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{Cl}_{2}+\mathrm{H}_{2}+2 \mathrm{NaOH}
Em relação à eletrólise do NaCl , é correto afirmar:
(01) Na eletrólise, a oxidação ocorre no cátodo.
(02) A eletrólise é uma reação não espontânea, exigindo a passagem de uma corrente elétrica para se processar.
(04) Somente compostos iônicos, como o NaCl , conduzem a corrente elétrica quando dissolvidos em água.
(08) O hidróxido de sódio apresenta tanto ligação iônica como covalente.
(16) O gás hidrogênio, \mathrm{H}_{2}, é produzido durante a eletrólise pela redução preferencial do ion \mathrm{H}^{+}, em relação ao íon \mathrm{Na}^{+}. O cátion \mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}, presente na solução aquosa, se origina da ionização da água.

Passo 1

O enunciado apresenta a eletrólise aquosa do cloreto de sódio e pede que identifiquemos quais afirmações listadas são corretas. A reação dada é:
2\mathrm{NaCl}+2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}\rightarrow \mathrm{Cl}_{2}+\mathrm{H}_{2}+2\mathrm{NaOH}
As afirmações a analisar são (copiadas do enunciado):
(01)\\ \text{Na eletrólise, a oxidação ocorre no cáto\\ -do.}óçãá
(02)\\ \text{A eletrólise é uma reação não espontânea, exigindo a passagem de uma corrente elétrica para se processar.}óéçããâé
(04)\\ \text{Somente compostos iônicos, como o NaCl, conduzem a corrente elétrica quando dissolvidos em água.}ôéá
(08)\\ \text{O hidróxido de sódio apresenta tanto ligação iônica como covalente.}óóçãô
(16)\\ \text{O gás hidrogênio, \(\mathrm{H}_{2}\), é produzido durante a eletrólise pela redução preferencial do íon \(\mathrm{H}^{+}\), em relação ao íon \(\mathrm{Na}^{+}\). O cátion \(\mathrm{H}_{3}\mathrm{O}^{+}\), presente na solução aquosa, se origina da ionização da água.}áêéóçãíçãíáçãçãá
O objetivo agora é, para cada uma dessas afirmações, verificar se é correta ou incorreta, explicando passo a passo os conceitos necessários.

Passo 2

Conceitos básicos sobre eletrólise e eletrodos (aulas mastigadas).
  • Em eletrólise há dois eletrodos: o cátodo e o ânodo. Um eletrodo recebe elétrons (redução) e o outro perde elétrons (oxidação). Não decorar sem entender: redução = ganho de elétrons; oxidação = perda de elétrons.
  • Por convenção:
    • No cátodo ocorre a redução (entrada de elétrons).
    • No ânodo ocorre a oxidação (saída de elétrons).
  • Numa célula eletrolítica (quando aplicamos corrente externa), o cátodo é o polo negativo (fornece elétrons) e o ânodo é o polo positivo (retira elétrons).
  • Em palavras simples: elétrons saem do ânodo, via circuito externo vão para o cátodo. Onde chegam, reduzem espécies; onde saem, oxidam espécies.
  • Importante: “oxidação no cátodo” é o oposto do que acabamos de dizer — por isso já podemos desconfiar de afirmações que invertam isso.

Passo 3

Análise da afirmação (01): “Na eletrólise, a oxidação ocorre no cáto-do.”
  • Aplicando o conceito do Passo 2: oxidação ocorre no ânodo, não no cátodo.
  • Logo, a afirmação (01) é falsa.
  • Explicação didática curta: se no cátodo a espécie ganha elétrons (redução), não pode ser onde ocorre perda de elétrons (oxidação). Então afirmar que oxidação ocorre no cátodo é trocar os papeis.

Passo 4

Análise da afirmação (02): “A eletrólise é uma reação não espontânea, exigindo a passagem de uma corrente elétrica para se processar.”
  • Definição simples: reação espontânea libera energia e ocorre sem energia externa; reação não espontânea precisa de energia externa.
  • A eletrólise consiste em forçar reações que não aconteceriam sozinhas aplicando uma diferença de potencial (tensão) e corrente elétrica. Por exemplo, transformar \mathrm{Na}^{+} em metal sódio é muito desfavorável termodinamicamente e só ocorre com corrente.
  • Portanto a afirmação (02) é verdadeira.

Passo 5

Análise da afirmação (04): “Somente compostos iônicos, como o NaCl, conduzem a corrente elétrica quando dissolvidos em água.”
  • O que faz uma solução conduzir corrente é a presença de íons móveis. Compostos iônicos que se dissociam (por exemplo \mathrm{NaCl}\rightarrow \mathrm{Na}^{+}+\mathrm{Cl}^{-}) fornecem íons e conduzem corrente.
  • Mas existem substâncias covalentes que, ao dissolverem, se ionizam e também produzem íons: por exemplo o ácido clorídrico \mathrm{HCl} é molecular no estado gasoso, mas em água se ioniza em \mathrm{H}^{+} e \mathrm{Cl}^{-} e conduz bem a corrente. Bases fortes como \mathrm{NH_{3}} em certa medida, e sais de ácidos fracos também conduzem.
  • Além disso, compostos totalmente covalentes e não ionizantes (por exemplo sacarose, açúcar) dissolvidos em água não conduzem corrente.
  • Conclusão: a frase que diz “somente compostos iônicos” é muito restritiva e, portanto, falsa.

Passo 6

Análise da afirmação (08): “O hidróxido de sódio apresenta tanto ligação iônica como covalente.”
  • Estrutura química do \mathrm{NaOH}: é formado por \mathrm{Na}^{+} e \mathrm{OH}^{-}. A ligação entre \mathrm{Na}^{+} e \mathrm{OH}^{-} é de natureza iônica (forças eletrostáticas entre íons).
  • Dentro do ânion \mathrm{OH}^{-} há uma ligação entre \mathrm{O} e \mathrm{H} que é covalente (compartilhamento de elétrons entre O e H).
  • Assim \mathrm{NaOH} tem caráter iônico (entre Na e OH) e covalente (no interno do radical hidroxila). Logo a afirmação (08) é verdadeira.
  • Ensino adicional: muitos sais com radicais poliatômicos (como \mathrm{NO_{3}^{-}},\\ \mathrm{SO_{4}^{2-}},\\ \mathrm{OH}^{-}) apresentam esse mix: ligação iônica entre cátions e o ânion como um todo, e ligações covalentes dentro do ânion.

Passo 7

Análise da afirmação (16): “O gás hidrogênio, \mathrm{H}_{2}, é produzido durante a eletrólise pela redução preferencial do íon \mathrm{H}^{+}, em relação ao íon \mathrm{Na}^{+}. O cátion \mathrm{H}_{3}\mathrm{O}^{+}, presente na solução aquosa, se origina da ionização da água.”
  • Em eletrólise aquosa existem decisões competitivas no cátodo: qual espécie será reduzida? Para o caso de \mathrm{Na}^{+} versus espécies derivadas da água, a redução que exige menor potencial (mais fácil, menos energia) ocorre preferencialmente.
  • Valores padrão (importante para entender a preferência): as meias-reações relevantes são aproximadamente \mathrm{Na}^{+}+e^{-}\rightarrow \mathrm{Na(s)},\quad E^{\circ}\approx -2,71\\ \text{V}
2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}+2e^{-}\rightarrow \mathrm{H}_{2}+2\mathrm{OH}^{-},\quad E^{\circ}\approx -0,83\\ \text{V}
(os sinais mostram que reduzir \mathrm{Na}^{+} para Na metálico é muito mais difícil—precisa de potencial muito mais negativo—do que reduzir água/íons H para \mathrm{H}_{2}.)
  • Conclusão: na prática, em solução aquosa o que se reduz no cátodo é a água (ou íons \mathrm{H}^{+}/ \mathrm{H}_{3}\mathrm{O}^{+}, se presentes em maior concentração), formando \mathrm{H}_{2}, porque essa redução é termodinamicamente preferível em comparação com reduzir \mathrm{Na}^{+} a sódio metálico. Então a ideia de "redução preferencial de \mathrm{H}^{+} em relação a \mathrm{Na}^{+}" está correta.
  • Sobre o \mathrm{H}_{3}\mathrm{O}^{+}: ele representa o próton hidratado e existe em solução aquosa porque a água sofre autoionização: 2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}\rightleftharpoons \mathrm{H}_{3}\mathrm{O}^{+}+\mathrm{OH}^{-}Assim, dizer que o cátion \mathrm{H}_{3}\mathrm{O}^{+} se origina da ionização da água é correto.
  • Observação prática: em soluções neutras ou básicas a espécie que é reduzida praticamente é a água (não um íon livre \mathrm{H}^{+} abundante), mas quimicamente isso corresponde à redução de prótons hidratados; a afirmação do enunciado resume bem o fenômeno. Portanto, a afirmação (16) é verdadeira.

Passo 8

Resumo das análises de cada afirmação (sem calcular a soma final ainda):
  • (01) — falsa.
  • (02) — verdadeira.
  • (04) — falsa.
  • (08) — verdadeira.
  • (16) — verdadeira.

Resposta

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