Corrente elétrica em eletrólitos

A corrente elétrica nos eletrólitos está sempre relacionada à transferência de matéria. Em metais e semicondutores, por exemplo, a matéria quando a corrente passa por eles não é transferida, porque nesses meios elétrons e buracos são portadores de corrente, mas em eletrólitos eles são transferidos. Isso ocorre porque nos eletrólitos, os íons carregados positivamente e negativamente da substância agem como portadores de cargas livres, não elétrons ou lacunas.

Compostos fundidos de muitos metais, bem como alguns sólidos, pertencem aos eletrólitos. Mas os principais representantes desse tipo de condutores, amplamente utilizados em tecnologia, são soluções aquosas de ácidos inorgânicos, bases e sais.

A substância, quando uma corrente elétrica passa pelo meio eletrolítico, é liberada nos eletrodos. Este fenômeno é chamado eletrólise… Quando uma corrente elétrica passa pelo eletrólito, os íons carregados positivamente e negativamente da substância se movem simultaneamente em direções opostas.

Íons carregados negativamente (ânions) correm para o eletrodo positivo da fonte de corrente (ânodo) e íons carregados positivamente (cátions) para seu pólo negativo (cátodo).

Fontes de íons em soluções aquosas de ácidos, bases e sais são moléculas neutras, algumas das quais se dividem sob a ação de uma força elétrica aplicada. Esse fenômeno de separação de moléculas neutras é chamado de dissociação eletrolítica. Por exemplo, o cloreto de cobre CuCl2 se decompõe por dissociação em solução aquosa em íons cloreto (carregados negativamente) e cobre (carregados positivamente).

Quando os eletrodos são conectados a uma fonte de corrente, o campo elétrico começa a atuar sobre os íons em uma solução ou fusão, pois os ânions de cloro se movem para o ânodo (eletrodo positivo) e os cátions de cobre para o cátodo (eletrodo negativo).

Ao atingir o eletrodo negativo, os íons de cobre carregados positivamente são neutralizados pelos elétrons em excesso no cátodo e se tornam átomos neutros que são depositados no cátodo. Ao atingir o eletrodo positivo, os íons de cloro carregados negativamente doam um elétron cada durante a interação com a carga positiva no ânodo. Nesse caso, os átomos neutros de cloro formados combinam-se em pares para formar moléculas de Cl2, e o cloro é liberado na forma de bolhas de gás no ânodo.

Freqüentemente, o processo de eletrólise é acompanhado pela interação de produtos de dissociação (isso é chamado de reações secundárias), quando os produtos de decomposição liberados nos eletrodos interagem com o solvente ou diretamente com o material do eletrodo. Tomemos, por exemplo, a eletrólise de uma solução aquosa de sulfato de cobre (sulfato de cobre — CuSO4).Neste exemplo, os eletrodos serão de cobre.

A molécula de sulfato de cobre se dissocia para formar um íon de cobre carregado positivamente Cu + e um íon sulfato carregado negativamente SO4-. Átomos de cobre neutros são depositados como um depósito sólido no cátodo. Desta forma, obtém-se cobre quimicamente puro.

O íon sulfato doa dois elétrons para o eletrodo positivo e se torna o radical neutro SO4, que imediatamente reage com o ânodo de cobre (reação do ânodo secundário). O produto da reação no ânodo é o sulfato de cobre, que entra em solução.

Acontece que quando uma corrente elétrica passa por uma solução aquosa de sulfato de cobre, o ânodo de cobre simplesmente se dissolve gradualmente e o cobre precipita no cátodo.Nesse caso, a concentração da solução aquosa de sulfato de cobre não muda.

Em 1833, o físico inglês Michael Faraday, durante um trabalho experimental, estabeleceu a lei da eletrólise, que agora leva seu nome.

A lei de Faraday permite determinar a quantidade de produtos primários que são liberados nos eletrodos durante a eletrólise. A lei afirma o seguinte: "A massa m da substância liberada no eletrodo durante a eletrólise é diretamente proporcional à carga Q que passou pelo eletrólito."

O fator de proporcionalidade k nesta fórmula é chamado de equivalente eletroquímico.

A massa da substância que é liberada no eletrodo durante a eletrólise é igual à massa total de todos os íons que chegaram a este eletrodo:

A fórmula contém a carga q0 e a massa m0 de um íon, bem como a carga Q que passou pelo eletrólito.N é o número de íons que chegaram ao eletrodo quando a carga Q passou pelo eletrólito.Portanto, a razão entre a massa do íon m0 e sua carga q0 é chamada de equivalente eletroquímico de k.

Como a carga de um íon é numericamente igual ao produto da valência da substância e a carga elementar, o equivalente químico pode ser representado da seguinte forma:

Onde: Na é a constante de Avogadro, M é a massa molar da substância, F é a constante de Faraday.

De fato, a constante de Faraday pode ser definida como a quantidade de carga que deve passar pelo eletrólito para liberar um mol de substância monovalente no eletrodo. A lei da eletrólise de Faraday assume então a forma:

O fenômeno da eletrólise é amplamente utilizado na produção moderna. Por exemplo, alumínio, cobre, hidrogênio, dióxido de manganês e peróxido de hidrogênio são produzidos industrialmente por eletrólise. Muitos metais são extraídos de minérios e processados ​​por eletrólise (eletrorrefino e eletroextração).

Além disso, graças à eletrólise, fontes de corrente química… A eletrólise é usada no tratamento de águas residuais (eletroextração, eletrocoagulação, eletroflotação). Muitas substâncias (metais, hidrogênio, cloro, etc.) são obtidas por eletrólise para galvanoplastia e galvanoplastia.

Veja também:Produção de hidrogênio por eletrólise da água — tecnologia e equipamentos