Eletrólise de Soluções Salinas; Obtenção e Uso do Hidrogênio

Universidade Federal do ABC

Centro de Ciências Naturais e Humana

Relatório de Química dos Elementos

Experimento 2 – Eletrólise de Soluções Salinas;

Obtenção e Uso do Hidrogênio

Professora: Giselle Cerchiaro.

INTRODUÇÃO

Este relatório, referente a prática 2, aborda diversos temas estudados na parte teórica da disciplina. Iniciando com processos de obtenção do hidrogênio, propriedades deste gás, o processo de eletrólise e a influência do potencial padrão de redução em reações de diferentes metais.

O hidrogênio é o primeiro elemento químico da tabela periódica, possui número atômico 1, possuindo um próton, um elétron e nenhum nêutron. Devido a esta forma, um átomo de hidrogênio pode alcançar a estabilidade de três formas diferentes, sendo elas, ligação covalente, perdendo seu elétron e formando o H+ e adquirindo um elétron para formar o H-. O gás nitrogênio (H2 – ligação covalente forte de 435,9 kJ/mol a energia de ligação) é incolor, inodoro, quase insolúvel em água e com densidade mais baixa que o gás hélio.

Cineticamente, o hidrogênio não é um elemento muito reativo devido a sua forte energia de ligação, pois a quebra da ligação H – H necessita de uma forte energia de ativação, por isso, muitas reações com o hidrogênio são lentas e outras muitas ocorrem apenas com a adição de catalisadores de reação (geralmente metais de transição) ou o aquecimento do meio reacional.

Porém, mesmo com esta cinética desfavorável, o hidrogênio pode reagir diretamente com quase todos os elementos, desde que o meio reacional apresenta condições apropriadas para isso. Por isso, ele pode reagir com o ar atmosférico, com halogênios e com diversos metais.

Um dos processos mais importantes da indústria química envolve a utilização do hidrogênio. Este processo é a síntese da amônia através do processo de Haber-Bosch, processo que envolve nitrogênio e hidrogênio gasosos, com um catalisador de ferro ativado, altas temperaturas (aproximadamente 380-450 ºC) e altas pressões (200 atm), produzindo a amônia (NH3).

Industrialmente, o hidrogênio pode ser obtido a partir do processamento de hidrocarbonetos ou utilizando compostos de carbono. Em laboratório, o hidrogênio pode ser obtido pela eletrólise da água ou pela reação de metais com ácidos fortes, processos que se utilizam do conceito de potencial padrão de redução que será comentado abaixo. Duas propriedades do hidrogênio são importantes para sua identificação quando produzido em laboratório que é sua baixa densidade, capaz de inflar balões que flutuam, e a sua alta inflamabilidade, pois ele pode sofrer combustão liberando vapor de água e alta energia. (Lee)

A eletrólise é o processo eletroquímico inverso ao de uma célula galvânica. Neste processo, os dois eletrodos ficam no mesmo compartimento, sendo que há a presença de apenas um eletrólito, que é a solução que sofrerá a eletrólise. Uma corrente elétrica é aplicada nesta solução e esta energia elétrica é convertida energia química. Por ser um processo inverso a de uma célula galvânica, na eletrólise o ânodo possui carga positiva ocorrendo nele a oxidação, enquanto o cátodo é rico em elétrons provocando a redução. (Atkins – Princípios)

Um conceito importante aplicado a eletrólise diz respeito ao potencial padrão de redução de um elemento químico. A redução consiste no ganho de elétrons, que pode ser visto no exemplo geral abaixo:

XY+ + Ye- → X 0

Este potencial é representado por E0 e é dado em volts. Quanto maior o potencial padrão de redução, maior será a tendência de um elemento ganhar elétrons, se reduzindo. Ao passo que quanto menor (mais negativo) este potencial, maior será a tendência deste elemento doar elétrons. Em uma célula galvânica (como uma pilha) este processo ocorre como o esperado teoricamente. (Vicente e Lee)

Porém, em uma eletrólise ocorre o processo inverso. Ao ser ligado uma carga elétrica pela solução o que anteriormente deveria ser oxidado passa a ser reduzido e o que antes era reduzido agora é oxidado. Por exemplo:

I2 + 2e- → 2I- E0 = +0,536 V

Em uma célula galvânica, o iodo tem altas tendências de ser reduzido, porém como será visto na parte 2 deste relatório, ele é oxidado de 2I- para I2. (Atkins)

Dado estas observações introdutórias com a parte teórica de nossos procedimento, podemos prosseguir com a explicação do que ocorreu em cada uma das partes desta prática 2.

MATERIAIS E MÉTODOS

- Materiais:

- Pisseta;

- 2 tubos em U;

- 2 eletrodos de grafite (de pilha);

- Bastão de vidro;

- 5 tubos de ensaio;

- Suporte Universal;

- Proveta;

- Espátula;

- Béquer;

- Terminais de bateria de 9 V;

- Pipeta de Pasteur;

- Garra e mufa;

- Estante para tubos;

- Papel indicador de pH;

- Tubo de ensaio com oliva lateral;

- Tubo de ensaio com rolha;

- Ponteira;

- Rolha furada;

- Mangueira;

- Placa de toque;

- Placa de Petri;

- Lamparina;

- Funil de adição com equalizador de pressão;

- Frasco lavador;

- Reagentes:

- Cloreto de sódio (NaCl);

- Solução