Whatsapp icon Whatsapp

Leis da eletrólise

Michael Faraday é o criador das leis para a eletrólise
Michael Faraday é o criador das leis para a eletrólise

A eletrólise é um processo estudado em Eletroquímica em que a energia elétrica é transformada em energia química. Esse processo não é espontâneo e se inicia quando se faz uma corrente elétrica passar por um líquido que fica num recipiente denominado de cuba eletrolítica, dando origem a reações químicas de oxirredução, com transferência de elétrons.

Existe a eletrólise ígnea, em que a substância líquida está fundida, sem a presença de água, e a eletrólise em meio aquoso, em que uma substância é dissolvida em água, formando uma solução eletrolítica (com íons livres que conduzem eletricidade).

Atualmente, a eletrólise é amplamente empregada em indústrias químicas, em processos de eletrodeposição metálica para proteção contra corrosão (galvanoplastia), na purificação de metais, como o cobre, na produção de elementos isolados e de substâncias simples que não existem na natureza, entre outros.

Isso requer cálculos precisos para que os engenheiros possam avaliar quanto é o rendimento da produção, quanto de matéria-prima será necessário utilizar, qual será o tempo de duração do processo e qual será a corrente elétrica que será aplicada.

O físico-químico inglês Michael Faraday (1791-1867) estudou a eletrólise e criou duas leis que permitem relacionar os aspectos quantitativos desse processo e determinar os aspectos mencionados no parágrafo anterior.

A sua primeira lei dizia o seguinte:

“A massa de uma substância formada ou transformada por eletrólise é diretamente proporcional à quantidade de carga elétrica que atravessa o sistema de um eletrodo a outro.”

Isso significa que se a carga elétrica do sistema for dobrada, a massa da substância irá dobrar também. Do contrário, se a carga elétrica do sistema for diminuída pela metade, a massa da substância produzida também será a metade, e assim por diante.

A carga elétrica é simbolizada pela letra Q e pode ser calculada pela multiplicação da intensidade de corrente elétrica aplicada (i) pelo tempo (t):

Q = i . t

Tanto a intensidade da corrente elétrica quanto o tempo podem ser medidos experimentalmente por meio de um amperímetro e com um cronômetro, respectivamente.

A unidade de i é ampère (A) e de t são segundos (s). Portanto, a unidade de Q será A . s, que é o mesmo que coulomb (C).

Q = i . t
 Q = ampère . segundo     
ampère . segundo = coulomb
Q = C

A segunda lei de Faraday permite determinar a quantidade de matéria (mol) de elétrons que participa da eletrólise e a massa da substância que foi formada ou transformada durante esse processo.

Não pare agora... Tem mais depois da publicidade ;)

Na realidade, até a época de Faraday, as partículas subatômicas, tais como os elétrons, ainda não haviam sido descobertas, e ele também não sabia sobre a grandeza “mol”. Faraday usou outros conceitos para expressar a sua Lei. Porém, estes estão em desuso atualmente e usaremos conceitos adaptados que, em síntese, são a mesma coisa.

A carga do elétron foi descoberta em 1909, por Robert Andrews Millikan (1868-1953) – figura abaixo –, sendo igual a 1,6 . 10-19 C. O número de Avogadro diz que 1 mol contém 6,02 . 1023 elétrons. Assim, para descobrir a quantidade de carga elétrica que tem em 1 mol de substância, basta multiplicar esses valores:

(1,6 . 10-19) . (6,02 . 1023) = 9,65 . 104 C

Robert Andrews Millikan (1868-1953)
Robert Andrews Millikan (1868-1953)

Esse valor (9,65 . 104 C) ficou conhecido como constante de Faraday e simbolizado pela letra F, em homenagem ao trabalho desse cientista.

Portanto, se quisermos descobrir a massa de substância obtida ou transformada na eletrólise, basta relacionar os coeficientes das semirreações anódica e catódica, devidamente balanceadas, com a massa molar e a constante de Faraday. Veja um exemplo:

Exemplo: “Numa pilha de flash antiga, o eletrólito estava contido numa lata de zinco que funcionava como um dos eletrodos. Que massa de zinco metálico (Zn) foi oxidada a cátion zinco (Zn2+) durante a descarga desse tipo de pilha, por um período de 30 minutos, envolvendo uma corrente elétrica de 5,36 . 10-1 A? (Dado: Massa molar do zinco = 65 g/mol).”

Resolução:

Dados:
i = 5,36 . 10-1 A;
t = 30 s;
MM (Zn) = 65 g/mol.

* Primeiro descobrimos o valor da carga elétrica, Q, nesse sistema:

Q = i . t
 Q = (5,36 . 10-1 A) . (30 s)
Q = 965 C

* Agora relacionamos esse valor com a semirreação de oxidação do zinco:

Zn → Zn2+ + 2e-
 ↓                  ↓
1 mol          2 mol de e-

65 g -------- 2 (9,65 . 104 C)
   m --------- 965 C
m = __(65 g) . (965 C)__
          2 (9,65 . 104 C)
m = 3,25 . 10-1 g de Zn

Publicado por Jennifer Rocha Vargas Fogaça
Assista às nossas videoaulas
video icon
Escrito"Esterificação ou reação de esterificação" em fundo laranja.
Química
Esterificação ou reação de esterificação
As reações de esterificação são processos químicos que ocorrem entre um ácido e um álcool, nos quais o ácido doa sua hidroxila e o álcool doa um hidrogênio, resultando na formação de éster e água, daí o nome desse tipo de reação.

Outras matérias

Biologia
Matemática
Geografia
Física
Vídeos
video icon
Pessoa com as pernas na água
Saúde e bem-estar
Leptospirose
Foco de enchentes pode causar a doença. Assista à videoaula e entenda!
video icon
fone de ouvido, bandeira do reino unido e caderno escrito "ingles"
Gramática
Inglês
Que tal conhecer os três verbos mais usados na língua inglesa?
video icon
três dedos levantados
Matemática
Regra de três
Com essa aula você revisará tudo sobre a regra de três simples.