Dicas para cálculos na Eletrólise

Os cálculos em Eletrólise sempre foram um ponto de muita dificuldade para diversos estudantes do Ensino Médio. Para facilitar a vida dos estudantes nesse assunto, elaboramos algumas dicas!

As dicas que serão apresentadas não levam em consideração se a eletrólise é ígnea (quando o material está fundido) ou aquosa (quando o material está dissolvido em água), mas, de forma geral, voltam-se para:

• Determinação da carga necessária para a realização da eletrólise;
• O cálculo da massa do metal que se deposita durante o processo;
• A determinação do NOX do metal que está participando da eletrólise.

 

1ª Dica: Fórmulas matemáticas mais utilizadas

As fórmulas mais utilizadas nos cálculos envolvendo eletrólise são:

Para cálculo da carga utilizada:

Q = i.t

Q = carga
i = corrente
t = tempo

 

 Para o cálculo do equivalente-grama do metal utilizado, temos:

E = M
       k

E = equivalente-grama
M = massa molecular (M)
k = Número de elétrons envolvidos (NOX)

m =   Q.E  
       96500

m = massa depositada na eletrólise

 

OBS.: 1 Faraday é igual a 96500 C, logo:

m = Q.E
         F  

F = Faraday

Substituindo na fórmula do equivalente-grama:

m =   i.t.E  
       96500

OBS.: Fórmula para quando temos uma eletrólise em série:

m₁ = m₂ = m₃

E₁    E₂    E₃

Os índices 1, 2 e 3 representam cada um dos metais que estão sendo depositados durante a eletrólise.

2ª Dica: Carga necessária para eletrólise que envolve o mol de átomos

Acontece quando o exercício fornece apenas o número de mol depositado e questiona a carga necessária para essa deposição;

Não é necessário o uso de fórmula, basta utilizar regra de três simples para encontrar o número de mol de elétrons e, depois, a carga relacionada com o número de mol de elétrons encontrado.

OBS.: 1 faraday sempre está para 1 mol de elétrons.

Veja um exemplo:

Exemplo: (UFAL) Qual a carga elétrica necessária para que, na eletrólise de uma solução de sulfato de cobre I (Cu2SO4), depositem-se 2 mol de átomos de cobre: Dado: 1 faraday corresponde à quantidade de carga elétrica de 1 mol de elétrons.

1º) Encontrando o número de mol de elétrons:

Como a carga do cobre é +1 (como indicado no nome) e na fórmula temos dois átomos, logo, 1 mol de átomos de cobre está para 2 mol de elétrons.

1 mol de átomos de cobre  →   2 mol de elétrons

2 mol de átomos de cobre  → x

1.x = 2.2

x = 4 mol de elétrons

2º) Encontrando a carga:

1 faraday  →  1 mol de elétron

y  →  4 mol de elétron

1.y =1.4

y = 4 faraday

3ª Dica: Encontrar a massa depositada a partir do tempo e corrente elétrica

• Acontece quando o exercício fornece o tempo e a corrente elétrica que foram utilizadas na eletrólise;
• O tempo deve ser utilizado sempre em segundos;
• Sempre é importante determinar o equivalente-grama do metal.

Exemplo: (UFPB) Qual a massa de metal depositada quando uma corrente de 10 A atravessa uma AgNO3 durante 16 minutos e 5 segundos? (MA do Ag = 108 g/mol)

1º) Determinar o equivalente-grama dividindo a massa molar do ferro pela sua carga +1, que é sempre fixa.

E = M
      k

E = 108
        1

E = 108

2º) Passar o tempo para segundos (basta multiplicar por 60):

t = 16.60 +5

t = 960 + 5

t = 965 s

3º) Utilizar o equivalente-grama, a corrente e o tempo na expressão:

m =  i.t.E
      96500

m = 10.965.108
          96500

m = 1042200
         96500

m = 10,8 g

4ª Dica: Cálculo da massa depositada a partir de fórmula da substância e carga utilizada

• Acontece quando o exercício fornece a fórmula da substância e a carga que foi utilizada;
• Por meio da fórmula da substância, encontramos o NOX do metal utilizado (k);
• Se a carga for dada em Faraday, utilizamos a expressão:

m = Q.E
       F

OBS.: Lembrando que o F é sempre 1.

Exemplo: (UFRGS-RS) Qual é a massa de ferro depositada no cátodo de uma célula eletrolítica contendo solução aquosa de FeCl₃ quando através dela passa carga de 0,1 faraday? Dado: Fe = 55,8

1º) Determinar o NOX do metal

Como temos um composto iônico, a quantidade de Fe, que é 1, e de Cl, que é 3, na fórmula provém do cruzamento de suas cargas. Assim, o NOX (k) do Fe é +3.

2º) Utilizar a carga (Q) em Faraday (0,1), a massa molar do ferro (M) e o k na fórmula:

m = Q.E
        F

m = Q.M
       F.k

m = 0,1.55,8
         1.3

m = 5,58
        3

m = 1,86 g

5ª Dica: Cálculo do NOX a partir da massa depositada de um metal

Acontece quando o exercício fornece a massa do metal que foi depositada durante a eletrólise e a carga utilizada durante o processo.

Exemplo: (ITA-SP) A deposição eletrolítica de 2,975g de um metal de massa atômica 119 requer 9650 C. Qual é o NOX desse metal?

1º) Como o exercício fornece a massa, a carga e a massa atômica, basta utilizar a seguinte expressão:

m =  Q.E
      96500

OBS.: como E é o M sobre o k, temos:

m =  Q.M
      96500.k

2,975 = 9650.119
             96500.k

2,975.96500.k = 9650.119

287087,5.k = 1148350

k = 1148350
      287087,5

k = 4

6ª Dica: Cálculo da massa depositada em uma eletrólise em série a partir da corrente e do tempo.

• Acontece quando o exercício fornece a corrente e o tempo e informa que a eletrólise aconteceu em pelo menos duas cubas ligadas em série;
• Inicialmente é interessante determinar o equivalente-grama de cada um dos metais envolvidos no processo e, em seguida, escolher um deles e determinar sua massa pela fórmula:

m = i.t.E
96500

• Por fim, utilizamos a expressão de cálculo em eletrólise em série para determinar a massa de qualquer outro metal:

m₁ = m₂ = m₃

E₁    E₂    E₃

Exemplo: (Unimontes) Calcule as massas dos metais depositados em 3 cubas eletrolíticas, ligadas em série, submetidas a uma corrente de 4 A durante 40 minutos e 12 segundos conforme o esquema. Dados: Cu = 63,5 u; Ag = 108 u.; Fe = 56 u.

1º) Determinar o equivalente-grama de cada metal dividindo sua massa molar pela sua carga

• Para o Cobre

E_Cu = M_Cu
           k_Cu

E_Cu = 63,5
           2

E_Cu = 31,75

• Para a Prata

E_Ag = M_Ag
           k_Ag

E_Ag = ₁₀₈
           1

E_Ag = 108

• Para o Ferro

E_Fe = M_Fe
           k_Fe

E_Fe = 55,8
          3

E_Fe = 18,67

2º) Transformar o tempo de minutos para segundos

t = 40.60 + 12

t = 2400 + 12

t = 2412s

3º) Determinar a massa do cobre, da prata e do ferro utilizando seu equivalente-grama, o tempo e a corrente:

 

Para o Cobre:

m_Cu = i.t.E
         96500

m_Cu = 4.2412.31,75
               96500

m_Cu = 306324
           96500

m_Cu = 3,17g

 

Para a Prata:

m_Cu = m_Ag
E_cu    E_Ag

3,17   = m_Ag
31,75  108

31,75.m_Ag = 3,17.108

31,75.m_Ag = 342,36

m_Ag = 342,36
          31,75

m_Ag = 10,78g

 

Para o Ferro:

m_Cu = m_Fe
E_cu     E_Fe

3,17  = m_Fe
31,75 18,67

31,75.m_Fe = 3,17. 18,67

31,75.m_Fe = 59,1839

m_Fe = 59,1839
          31,75

m_Fe = 1,86 g

 

Aproveite para conferir nossa videoaula relacionada ao assunto: