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By Lucien Silvano Alhanati

  Alfa Virtual School - Física

Fisicoquímica FQM

Eletrólise FQM03

Aplicações FQM0302 

 O que se entende por metalurgia ? FQM030201

Metalurgia é o conjunto de processos que visa obter um metal a partir de um composto químico existente na natureza, denominado de minério.
A metalurgia resulta num reação de redução.

M+ + e- >>> M

 O que se entende por corrosão ? FQM030202

Corrosão é o conjunto de processos que consiste em oxidar os metais. 
A corrosão é o inverso da metalurgia.

M >>> M+ + e- 

 Quais são os principais processos eletrolíticos de tratamento da superfície de peças metálicas ? FQM030203

São a galvanoplastia e a anodização.

O que é a galvanoplastia ? FQM030204

A galvanoplastia consiste em revestir a superfície de uma peça metálica com uma fina camada de outro metal.
Exemplos:
  1. revestimento de ouro de jóias, faqueiros, peças de material hidráulico etc
  2. revestimento de prata de jóias, faqueiros etc
  3. revestimento de cromo 
  4. revestimento de níquel
  5. revestimento de cobre
  6. revestimento de zinco realizado em peças de ferro (ferro galvanizado)

Como é realizada a galvanoplastia ? FQM030205

A galvanoplastia é realizada através da eletrólise aquosa de um sal do metal a ser depositado sobre a peça metálica.
A peça metálica é colocada no cátodo de uma cuba eletrolítica contendo uma solução aquosa do sal.

 Como ocorre a corrosão do ferro ? FQM030206

A superfície de uma peça metálica de ferro em presença de ar úmido ou de água contendo oxigênio sofre uma oxidação dando origem à ferrugem [ Fe(OH)3 ]

Fe + 1/2 O2 + H2O >>> Fe(OH)2 
2Fe(OH)2 + 1/2 O2 + H2O >>> 2Fe(OH)3 

Com o tempo a ferrugem formada se desprende da superfície da peça deixando novamente o ferro em contacto com o agente oxidante. Desta forma a peça metálica diminui as suas dimensões tendendo a se transformar totalmente em flocos de ferrugem.

Em que consiste a proteção anódica do ferro ?FQM030207

O zinco é um redutor mais forte que o ferro.

Zn2+ + 2e- >>> Zn     E = - 0,76 V
Fe2+ + 2e- >>> Fe     E = - 0,44 V

Quando uma peça de ferro galvanizada perde, por efeito mecânico, uma parte de sua proteção o ferro exposto tende a se oxidar formando Fe2+ . A presença do zinco reduz imediatamente o Fe2+ formando Fe, impedindo desta forma a corrosão.

Zn + Fe2+ >>> Zn2+ + Fe

Peças de ferro em contacto com a água do mar ou mesmo em contacto com ar marinho são pintadas com tintas resistentes à agressão do meio para evitar a corrosão. Muitas vezes por ação mecânica parte desta tinta é removida deixando o ferro exposto.
Para evitar a corrosão é usual soldar na peça de ferro vários blocos de Zn de modo a evitar a oxidação do ferro. Este processo consiste na proteção anódica do ferro.

O que é a anodização ? FQM030208

A anodização consiste em oxidar a superfície de uma peça metálica, colocada no anodo de uma cuba eletrolítica.
O óxido do metal formado sobre a superfície da peça forma uma camada protetora de modo a evitar novas oxidações naturais.

Um exemplo bastante conhecido é a anodização de peças de alumínio.

A peça de alumínio a ser anodizada é colocada no ânodo de uma cuba eletrolítica contendo uma solução aquosa de H2SO4 .
A água é ionizada               2H2O    >>>     2H+ + 2OH-  
Reações no ânodo             4OH-  >>>  2H2O + O2 + 4e- 
                            3O2 + 4Al   >>>  2Al2O3 (óxido de alumínio)
O óxido de alumínio formado forma uma camada porosa que pode ser polida dando um acabamento de ótimas qualidades mecânicas.
Antes do polimento pode ser introduzido um corante nos poros  que após ser fixado e polida a superfície confere um aspecto bastante apreciado.

Em que consiste o refino eletrolítico do cobre ? FQM030209

O cobre usado nos condutores elétricos devem ter uma pureza muito elevada de modo a reduzir a sua resistência elétrica. O cobre obtido na metalurgia não possui esta pureza, sendo necessário um refino que é realizado por processo eletrolítico.

Numa cuba eletrolítica, contendo uma solução aquosa de Cu.SO4 , o cobre metalúrgico contendo impurezas é colocado no ânodo. O cobre eletrolítico com 99,9% de pureza é formado no cátodo.

Ocorrências no ânodo:
oxidação do Cu    >>>    Cu >>> Cu2+ + 2e-
desprendimento das impurezas formada por metais nobres que não se oxidam Au, Pt, Ag
oxidação das impurezas Fe, Zn, Ni 

Ocorrência no cátodo:
redução do Cu    >>>    Cu2+ + 2e- >>> Cu 

Permanecem em solução:
As impurezas metálicas, como Fe, Zn, Ni,  oxidadas no ânodo não conseguem uma redução no cátodo na presença do Cu por possuírem potencial elétrico de redução menor como mostra a tabela em FQM030111.

Obtenção da soda cáustica. FQM030210

A soda cáustica Na OH é obtida pela eletrólise aquosa do Na Cl.

Dissociação do composto                                         2Na Cl >>>        2Na+ + 2Cl- 
Ionização da água                                                     2H2O >>>          2H+ + 2OH-  
Oxidação no ânodo ( Cl- mais fácil que OH- )          2Cl-  >>>          Cl2 + 2e- 
Redução no cátodo  ( H+ mais fácil que  Na+  )          2H+  + 2e- >>>  H2 

Reação resultante                                                     2Na Cl  + 2H2O >>> 2Na OH + Cl2 + H2 

A soda cáustica  NaOH  surgiu juntamente com duas substâncias gasosas o cloro Cl2 e o hidrogênio H2 , que se desprendem.

Obtenção do cloro, do ácido clorídrico e do hipoclorito de sódio. FQM030211

O cloro, o ácido clorídrico e o hipoclorito de sódio, são obtidos a partir da eletrólise aquosa do cloreto de sódio como mostra o esquema

Obtenção do sódio e de outros metais alcalinos. FQM030212

Na eletrólise aquosa do Na Cl ocorre no cátodo desprendimento de H e não deposição de Na, uma vez que, o Na tem potencial elétrico de redução menor que o H (tabela em  FQM030111.). Consequentemente a obtenção do Na não pode ser realizada por uma eletrólise aquosa.
O sódio é obtido pela eletrólise ígnea do Na Cl retirado da água do mar ou de minas de sal gema.

Os outros metais alcalinos são obtidos da mesma maneira.

Obtenção do magnésio e de outros metais alcalino-terrosos. FQM030213

Na eletrólise aquosa do Mg Cl2 ocorre no cátodo desprendimento de H e não deposição de Mg, uma vez que, o Mg tem potencial elétrico de redução menor que o H (tabela em  FQM030111.). Consequentemente a obtenção do Mg não pode ser realizada por uma eletrólise aquosa.
O magnésio é obtido pela eletrólise ígnea do Mg Cl2  retirado da água do mar.

Os outros metais alcalino-terrosos são obtidos da mesma maneira

Obtenção do alumínio. FQM030214

O Al tem potencial elétrico de redução menor que o H (tabela em  FQM030111.), consequentemente a sua obtenção não pode ser realizada por eletrólise aquosa.
O alumínio é obtido pela eletrólise ígnea do Al2O3  retirado da bauxita.
Como a temperatura de fusão do Al2O3  é muito alta (2000oC) ele é misturado a um fundente para reduzir a temperatura de fusão para 1000oC.

Ocorrências no ânodo:
oxidação do O2-   >>>                       2O2-  >>>     O2 + 4e- 
oxidação do C do eletrodo >>>         C + O2   >>>  CO2 
Desprendimento de bolhas gasosas de CO2 
Consumo do carbono do ânodo acarreta a troca do eletrodo após algum tempo de funcionamento.

 Ocorrência no cátodo:
redução do Al3+     >>>            Al3+  + 3e- >>> Al
O alumínio fundido é depositado no fundo da cuba eletrolítica.

 

Fisicoquímica