Numa célula electrolítica, porque é que o cátodo tem carga negativa? Principais conhecimentos e aplicações

Numa célula electrolítica, o cátodo está carregado negativamente e o ânodo está carregado positivamente.Isto deve-se ao facto de a célula funcionar utilizando uma fonte de tensão externa para conduzir reacções redox não espontâneas.O cátodo atrai catiões (iões com carga positiva) do eletrólito, onde ocorre a redução, enquanto o ânodo atrai aniões (iões com carga negativa), onde ocorre a oxidação.O eletrólito facilita o movimento dos iões entre os eléctrodos, completando o circuito.Compreender os sinais e as funções dos eléctrodos é crucial para aplicações como a galvanoplastia, a refinação de metais e a síntese química.

Pontos-chave explicados:

1. Sinais de eléctrodos numa célula electrolítica:

   • Cátodo:Carregado negativamente.
   • Ânodo:Carregado positivamente.
   • Isto é o oposto de uma célula galvânica, em que o cátodo é positivo e o ânodo é negativo.A fonte de tensão externa numa célula electrolítica inverte o fluxo natural de electrões.

2. Componentes de uma célula electrolítica:

   • Eletrólito:Solução ou sal fundido que contém iões que facilitam o fluxo da corrente eléctrica.Exemplos comuns incluem soluções aquosas de sais ou ácidos e cloreto de sódio fundido.
   • Cátodo:O elétrodo onde ocorre a redução.Atrai catiões (iões de carga positiva) do eletrólito.
   • Ânodo:O elétrodo onde ocorre a oxidação.Atrai aniões (iões de carga negativa) do eletrólito.

3. Reacções Redox na Célula:

   • Redução no cátodo:Os iões com carga positiva (catiões) ganham electrões e são reduzidos.Por exemplo, na eletrólise do cloreto de sódio fundido, os iões Na⁺ são reduzidos a sódio metálico no cátodo.
   • Oxidação no ânodo:Os iões com carga negativa (aniões) perdem electrões e são oxidados.No mesmo exemplo, os iões Cl- são oxidados a cloro gasoso no ânodo.

4. Papel da fonte de tensão externa:

   • A fonte de tensão externa fornece a energia necessária para conduzir as reacções redox não espontâneas.Assegura que os electrões fluem do ânodo para o cátodo através do circuito externo, enquanto os iões se movem através do eletrólito para manter o equilíbrio de carga.

5. Materiais dos eléctrodos:

   • Os eléctrodos são normalmente feitos de materiais inertes como a grafite ou a platina para evitar reacções indesejadas com o eletrólito.A escolha do material depende da aplicação específica e dos produtos químicos envolvidos.

6. Potencial de descarga:

   • A tensão mínima necessária para iniciar a eletrólise e descarregar os iões nos eléctrodos.Se estiverem presentes vários iões, o ião com o potencial de redução mais elevado é reduzido no cátodo e o ião com o potencial de redução mais baixo é oxidado no ânodo.

7. Aplicações das células electrolíticas:

   • Galvanoplastia:Deposição de uma camada de metal sobre uma superfície.
   • Refinação de metais:Purificação de metais como o cobre ou o alumínio.
   • Síntese química:Produção de substâncias como o cloro, o hidrogénio e o hidróxido de sódio.

A compreensão destes pontos-chave ajuda a conceber e a operar células electrolíticas para várias aplicações industriais e laboratoriais.Os sinais dos eléctrodos e o seu papel nas reacções redox são fundamentais para o funcionamento destas células.

Quadro resumo:

Aspeto	Detalhes
Cátodo	Carregado negativamente; atrai catiões; a redução ocorre aqui.
Ânodo	Positivamente carregado; atrai aniões; a oxidação ocorre aqui.
Eletrólito	Facilita o movimento dos iões; exemplos incluem sais fundidos ou soluções aquosas.
Reacções redox	Redução no cátodo, oxidação no ânodo.
Fonte de tensão externa	Conduz reacções não espontâneas; assegura o fluxo de electrões.
Aplicações	Eletrodeposição, refinação de metais, síntese química.

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