18.12 É possível eletrolisar água pura? Por que se adiciona, usualmente, um eletrólito à água antes de eletrolisá-la? Quais devem ser as características de cada um desses eletrólitos?

Passo 1

O enunciado pergunta se dá para fazer a eletrólise de água pura e por que se costuma adicionar um eletrólito antes de eletrolisar. O conteúdo envolvido é a condutividade elétrica de soluções aquosas, a autoionização da água e o efeito de eletrólitos na diminuição da resistência ôhmica do meio. Para resolver precisamos entender a concentração de íons em água pura e como um eletrólito forte altera essa concentração para permitir passagem de corrente.

Passo 2

Em água pura ocorre apenas a autoionização
\mathrm{H_2O \rightleftharpoons H^+ + OH^-}
com constante de equilíbrio K_w=[H^+][OH^-]\approx10^{-14} a 25{}^\circ\mathrm{C}. Isso gera concentrações de [H^+]=[OH^-]\approx10^{-7}\,\mathrm{mol/L}, muito baixas, resultando em condutividade elétrica ínfima. Na prática, se aplicarmos tensão num eletrolisador com água puríssima, a corrente será quase nula e não haverá evolução significativa de gases.

Passo 3

Para viabilizar a eletrólise acrescenta-se um eletrólito forte para aumentar drasticamente a concentração de cargas livres (íons) e, assim, reduzir a resistência do meio. Ao adicionar, por exemplo, \mathrm{H_2SO_4} ou \mathrm{NaOH}, a condutividade salta para dezenas ou centenas de milisiemens por centímetro, permitindo que a corrente flua até nos potenciais necessários para decompor a água em \mathrm{H_2} e \mathrm{O_2}.

Passo 4

Os eletrólitos ideais devem satisfazer:
  • serem eletrólitos fortes (dissociação quase completa) para fornecer muitos íons;
  • ser quimicamente estáveis no intervalo de potenciais usado, ou seja, não oxidar nem reduzir antes da água;
  • ter alta solubilidade em água e não formar precipitados;
  • não gerar subprodutos indesejados nem corroer os eletrodos.
Acidificantes comuns: \mathrm{H_2SO_4}, \mathrm{HCl} (ácidos fortes).
Basificantes comuns: \mathrm{NaOH}, \mathrm{KOH} (bases fortes).
Sais neutros também são usados se não participarem de reações eletroquímicas secundárias.

Resposta

Sim, em princípio é possível eletrólisar água pura, mas sua condutividade natural é tão baixa que praticamente não circula corrente. Por isso adiciona-se um eletrólito forte (ácido, base ou sal) que:
  • dissocia-se completamente, aumentando a concentração de íons;
  • é estável nos potenciais de eletrólise da água;
  • não forma precipitados nem causa corrosão;
  • não introduz reações secundárias indesejadas.

Exercícios de Livros Relacionados