Eletrólise em meio aquoso

A eletrólise em meio aquoso é um processo em que se passa corrente elétrica através de uma solução aquosa, onde existem íons que produzem reações, gerando energia química.

Visto que é necessário que se passe uma corrente elétrica, esse processo não é espontâneo e é exatamente o contrário de uma pilha, que é um equipamento que transforma energia química em elétrica de modo espontâneo.

Na solução aquosa, a substância diluída se dissocia ou ioniza, liberando íons para o meio. Mas existem também os íons provenientes da ionização da água:

H₂O → H⁺ + OH^-

Apesar de haver tantos íons na solução, apenas um cátion e um ânion sofrerão a descarga nos eletrodos. Para sabermos quais serão eles, se são os íons da água ou os íons da substância diluída, temos que considerar uma ordem de prioridade, que é dada abaixo:

Observe que os cátions de metais alcalinos, de metais alcalinoterrosos e do alumínio não se descarregam em solução aquosa. Nesses casos, se o meio for neutro, a redução que ocorrerá no cátodo será a da água, mas se for em meio ácido, a redução será a do cátion H⁺, formando o gás hidrogênio, H₂. Se quisermos produzir esses metais alcalinos, alcalinoterrosos e o alumínio, terá que ser por eletrólise ígnea, que ocorre sem a presença de água, com o material fundido.

Os cátions dos demais metais sofrem redução no eletrodo negativo, depositando seu respectivo metal. Por exemplo, se for o cátion prata (Ag¹⁺_(aq)), será depositada a prata metálica no eletrodo negativo (Ag⁰_(s)).

Quanto aos ânions, veja que os que são oxigenados e o fluoreto nunca se oxidam em solução aquosa, mas sim os ânions da água. Se o meio for neutro, a água se oxidará no eletrodo positivo, produzindo gás oxigênio; mas se o meio for básico, os seus ânions hidroxila (OH^-_(aq)) serão oxidados.

Os ânions não oxigenados Cℓ^-, Br^- e I^- oxidam-se gerando no eletrodo positivo as substâncias elementares cloro, bromo e iodo, respectivamente.

Vejamos um exemplo para entender melhor como isso ocorre:

Considere que numa cuba eletrolítica seja colocada uma solução aquosa de sulfato de cobre II (CuSO_4(aq)), com dois eletrodos mergulhados nela. Esses eletrodos estão ligados a um gerador de corrente elétrica, como mostra a figura:

Na solução, temos os íons gerados pelo sulfato de cobre e os da água:

CuSO_4(aq) → Cu²⁺_(aq) + SO^2-_4(aq)

H₂O_(ℓ) → H⁺_(aq) + OH^-_(aq)

Os cátions disponíveis são Cu²⁺_(aq)  e H⁺_(aq). Se olharmos na ordem de facilidade de descarga, o cátion cobre tem maior poder oxidante, sofrendo redução no eletrodo negativo (cátodo) e depositando o metal cobre nele.

Semirreação do cátodo: Cu²⁺_(aq) + 2 e^- → Cu_(s)

Entre os ânions SO^2-_4(aq) e OH^-_(aq), os ânions hidroxila têm maior facilidade de oxidação, gerando gás oxigênio no eletrodo positivo (ânodo):

Semirreação do ânodo: 2 OH^-_(aq) → H₂O_(ℓ) + ½ O_2(g)+ 2 e^-

A reação global dessa reação é dada por:

                                            CuSO_4(aq) → Cu²⁺_(aq) + SO^2-_4(aq)
                                            2 H₂O_(ℓ) → 2 H⁺_(aq) + 2 OH^-_(aq)
Semirreação do cátodo: Cu²⁺_(aq) + 2 e^- → Cu_(s)
Semirreação do ânodo: 2 OH^-_(aq) → H₂O_(ℓ) + ½ O_2(g)+ 2 e^-        
Reação global: CuSO_4(aq) + H₂O_(ℓ) → 2 H⁺_(aq) + SO^2-_4(aq) + Cu_(s) + ½ O_2(g)

Como produtos dessa eletrólise foram obtidos o cobre metálico e o gás oxigênio. Além disso, a solução é ácida, pois apresenta os íons H⁺ que não foram reduzidos.