Lições de electricidade - 27ªparte

FORMAÇÃO

revista técnico-profissional

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o electricista Jorge Castilho Cabrita Engenheiro Electrotécnico (IST)/Professor do Ensino Secundário

lições

LIÇÕES DE ELECTRICIDADE 27º. PARTE

Electroquímica (2ª parte) – Electrólise (2ª parte)

Nesta 2ª parte sobre electrólise abordam-se aplicações da electrólise, começando pela fabricação de produtos químicos, passando a exemplos de electrometalurgia e terminando com uma referência ao tratamento de águas de piscinas. No próximo artigo continuarão a ser analisadas outras aplicações da electrólise. 58.2.6› Fabricação de produtos químicos Muitas substâncias químicas são produzidas por electrólise.

iões de cloro e de OH não podem. Além do cloro, também se produz soda cáustica Na OH, com interesse comercial.

Saída de cloro

58.2.6.1› Produção de cloro A maior parte do cloro obtém-se a partir da electrólise da solução aquosa de cloreto de sódio (ver 58.2.4). Existem três processos de produção: › eletrólise com célula de amálgama de mercúrio › electrólise com célula de diafragma › electrólise de membrana O primeiro método está sendo abandonado devido à perda de uma pequena quantidade de mercúrio durante o processo e aos riscos daí decorrentes para o ambiente. O segundo método tem o inconveniente de usar amianto como diafragma. A electrólise de membrana é o método preferido para produção de cloro. É um método similar ao anterior em que o diafragma de amianto foi substituído por uma membrana sintética. O cátodo é de aço ou ferro e o ânodo é de titânio recoberto de platina ou óxido de platina. A membrana envolve o cátodo. O electrólito é salmoura. O cloreto de sódio e a água dissociam-se em iões. Os iões de cloro são atraídos para o ânodo, cedendo aqui os seus electrões e originando moléculas de cloro, que se liberta. Os iões de sódio podem passar através da membrana, mas os

Entrada de salmoura

Ânodo

Saída de hidrogénio

Cátodo

Saída de hidróxido de sódio

Membrana Figura 254 . Electrólise aquosa do cloreto de sódio – Produção de cloro/hidrogénio/soda cáustica.

Também durante a produção de sódio se produz cloro (ver 58.2.7.2 adiante). 58.2.6.2› Produção de Soda cáustica O processo electrolítico de produzir soda cáustica consiste em fazer a electrólise do cloreto de sódio em solução aquosa (salmoura) numa célula de electrólise (ver 58.2.4). A empresa Solvay construiu em 1898 a sua primeira unidade fabril para produção industrial de soda cáustica através da electrólise. Produz-se cloro junto do ânodo e hidrogénio e soda cáustica líquida junto do cátodo. Existe um compartimento em volta do ânodo onde é introduzida salmoura concentrada. Aqui dá-se a dissociação electrolítica em iões de sódio e de cloro. Os iões de cloro são atraídos para o ânodo, originando moléculas de gás, que se liberta. Os iões de sódio são atraídos para o cátodo, após passarem através duma membrana que permite a sua passagem, mas evita a passagem dos iões de cloro.

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Tina revestida de grafite Cilindros de grafite

Alumina dissolvida em criolite fundida AlumĂ­nio

SaĂ­da de alumĂ­nio

Na salmoura då-se a dissociação electrolítica do cloreto de sódio em iþes de sódio e de cloro (ver 58.2.6.1). A passagem da corrente na salmoura origina o transporte dos iþes de cloro para o ânodo, onde originam molÊculas de cloro, enquanto os iþes de sódio se encaminham para o cåtodo. Reagindo com a ågua originam soda cåustica (hidróxido de sódio) que fica em solução e molÊculas de hidrogÊnio.

Figura 258 . Produção de alumínio.

1D&O + 2 2 Äş &O Äş &O 1D2+ + 1D2+ +

Por fim, o carbono da grafite do ânodo combina-se com o oxigÊnio originando dióxido de carbono, como se referiu.

Por sua vez, o cloro e a soda cĂĄustica reagem originando hipoclorito de sĂłdio NaClO (ver 58.2.6.3).

Para produzir 1 t de alumínio são necessårias 4t de bauxite de que resultam 2 t de alumina. AlÊm disso, são tambÊm precisos 70 kg de criolite, 450 kg de ânodos e 22 MWh de energia elÊctrica. Para tensþes entre 4 a 7 V, a corrente terå um valor entre 25 e 45 kA.

&O 1D2+ Äş 1D&O2 1D&O + 1D2+ Äş 1D&O2 1D&O + 2 2

58.2.7.4› Produção de MagnÊsio O magnÊsio pode ser produzido por electrólise do cloreto de magnÊsio fundido (Mg Cl2). Este Ê obtido da ågua de poços, de jazidas de sais ou do mar. O magnÊsio Ê obtido no cåtodo e o cloro liberta-se no ânodo.

fraccionada: o ar atmosfĂŠrico ĂŠ filtrado e comprimido, em seguida ĂŠ

Reacçþes químicas

lítica de gås natural�. A altas temperaturas, o vapor de ågua reage com

1

Ver no final deste artigo corrigenda sobre o anterior artigo

2

O processo de produzir oxigÊnio consiste em realizar uma destilação

arrefecido, passando à fase líquida. Por fim, Ê realizada uma destilação fraccionada para separar o oxigÊnio do azoto. 3

O hidrogĂŠnio ĂŠ removido dos hidrocarbonetos por “reformação cata-

o gĂĄs metano, produzindo monĂłxido de carbono e hidrogĂŠnio. O pro-

Cloreto de magnÊsio fundido: 0J &O2 ĺ 0J2+ + 2 Cl Ânodo: Cl H ĺ &O H ĺ &O Cåtodo: 0J2+ H ĺ 0J Equação global: 0J &O2 ĺ 0J O &O ĺ 0J O &O2 J Ě

cesso ĂŠ aproveitado para produzir simultaneamente outros produtos. 4

Pode ver uma animação em http://www.yenka.com/freecontent/item.

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Pode ver uma animação em http://www.yenka.com/freecontent/item.

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CORRIGENDA RELATIVA AO ARTIGO DO ANTERIOR NĂšMERO DA REVISTA: A figura 249 deve ser substituĂ­da pela seguinte

Para a produção de 1 t de magnÊsio metålico são necessårias cerca de 800 t de ågua do mar.

&O 58.2.8› Tratamento da ĂĄgua das piscinas . Piscinas salinizadas As ĂĄguas das piscinas oferecem riscos para a saĂşde pĂşblica, principalmente devido Ă fĂĄcil disseminação de microorganismos que podem produzir diversas doenças, nomeadamente dĂŠrmicas. Para prevenir estas ocorrĂŞncias, deve ser feita a desinfecção da ĂĄgua. Existem diversos produtos Ă base de cloro, designados ordinariamente por “Cloroâ€? que sĂŁo usados como desinfectantes. AlĂŠm disso, evita a mudança de cor da ĂĄgua e a formação de limos. O tratamento da ĂĄgua das piscinas com a adição de cloro pode ser substituĂ­do por um tratamento electrolĂ­tico (“piscinas salinizadasâ€?). É adicionado cloreto de sĂłdio Ă ĂĄgua (â€œĂĄgua salinizadaâ€?) e ĂŠ feita a electrĂłlise da ĂĄgua por uma mĂĄquina electrolisadora.

1D

Figura 249 . MolÊcula de cloreto de sódio – ligação iónica

exercícios EXERC�CIO PROPOSTO (Resolução no próximo número) Exercício 50: Sendo 6V a tensão aplicada e 30 kA a corrente consumida para produzir 1 t de alumínio, quanto tempo demora a produção sabendo que o consumo Ê de 22 MWh?