Prof. Dr. Helder Anibal Hermini UNICAMP-FEM-DPM ES 724 Instalações Industriais Prof. Dr. Helder Anibal Hermini UNICAMP-FEM-DPM

Elétricas Industriais Módulo I Instalações Elétricas Industriais

Aula 3 Eletroquímica

Dissociação Eletrolítica Segundo Arrhenius, quando se dissolve em água um ácido, uma base ou um sal, ocorre a dissociação eletrolítica. Dessa dissociação se obtém os cátions (carga positiva) e os ânions (carga negativa). Svante August Arrhenius

Dissociação Eletrolítica Nas SOLUÇÕES ÁCIDAS, as moléculas de ácido dissolvido na água se dividem em cátions de hidrogênio (H+) e ânions. O grau de acidez de uma solução depende da menor ou maior concentração de íons H+ na solução. Nas SOLUÇÕES BÁSICAS as moléculas se dividem em cátions (geralmente, íons metálicos) e ânions hidroxila (OH-). O grau de alcalinidade de uma solução depende da menor ou maior concentração de íons H+ na solução. Nas SOLUÇÕES SALINAS as moléculas se dividem em cátions (geralmente, íons metálicos) e ânions. O grau de alcalinidade de uma solução depende da menor ou maior concentração de íons H+ na solução.

Dissociação Eletrolítica Na dissociação eletrolítica, as soluções permanecem eletricamente neutras, pois: O Grau de dissociação de uma solução é definido como a relação entre o número de moléculas dissociadas e o número de moléculas dissolvidas.

Eletrólise Consiste em uma reação de óxi-redução não espontânea. É o inverso de uma pilha. Na eletrólise há a necessidade de uma fonte externa de corrente elétrica (contínua) para que uma reação não espontânea ocorra. O recipiente em que se realiza a eletrólise recebe o nome de célula eletrolítica ou cuba eletrolítica. O eletrólito, ou substância que conduz eletricidade, deve ser um composto iônico líquido (fundido), ou então em solução. Pode ser um composto molecular, desde que este se ionize quando em solução.

Eletrólise Os íons negativos são atraídos pelo pólo (+) (ânodo), onde irão perder elétrons (oxidação). Os elétrons cedidos ao pólo migram através do circuito externo até o pólo (-) (cátodo). Lá, estes serão “ganhos” pelos íons positivos (redução). O transporte de íons dá lugar à corrente no líquido com transporte de matéria. Portanto, se numa solução eletrolítica se encontram cátions de um certo metal, estes, à passagem de uma corrente contínua conveniente, vão se depositar aderindo ao cátodo.

Eletrólise Ígnea Um composto iônico, no estado sólido, não sofre eletrólise, já que não possui íons livres. Uma forma de liberar os íons deste composto é aquecê-los até a fusão. A eletrólise que ocorre, nessas condições, é chamada eletrólise ígnea (igneus = inflamado, ardente).

Aplicações da Eletrólise na Indústria Eletroquímica Galvanoplastia; Purificação de metais; Extração dos metais de seus minerais.

GALVANOPLASTIA

GALVANOPLASTIA Serve para reproduzir um objeto de uma certa espessura (uma medalha, por exemplo) por meio de deposição metálica em uma impressão não metálica (gravação em gesso, por exemplo) tornada condutora mediante tratamentos (metalização, grafitação). A impressão assim preparada imerge em uma solução concentrada do eletrólito e se liga ao cátodo. Com o processo de eletrólise, se pode recobrir uma camada uniforme do metal escolhido. O ânodo é formado de um bloco do referido metal.

GALVANOSTEGIA Consiste em recobrir um metal comum, oxidável, com uma finíssima camada de metal mais precioso não oxidável (niquelagem, cromação, prateação, douração, etc, ...)com fins de proteção e decoração . A quantidade de metal depositada por segundo sobre a peça em tratamento é diretamente proporcional à intensidade da corrente aplicada. A corrente elétrica a empregar deve ser contínua, de baixa tensão, mas de intensidade de corrente alta. O zinco, o cádmio e o chumbo são usados normalmente quando se deseja proteção contra a corrosão; O cobre, o cromo, a prata e o ouro são muito empregados tendo em vista efeitos decorativos; A prata e a platina são usados na cobertura de contatos elétricos; O bronze, o antimônio, o Índio e o cromo nas superfícies de atrito de mancais de maquinas.

PROCESSO ELETROLITICO PARA PURIFICAÇÃO DE METAIS Em tanques de madeira alcatroada, cimentada ou revestida internamente de chumbo, coloca-se o banho eletrizante, constituído de uma solução de 15% de sulfato de cobre em cujo líquido se encontram livres cátions Cu+2 e ânions SO4-2. O ânodo é constituído de um bloco de cobre para purificar, contendo 98% aproximadamente de cobre, e o cátodo é formado de uma fina placa de cobre puro. A passagem da corrente contínua, os íons Cu++ se dirigem ao cátodo onde assumindo duas cargas negativas, se depositam no cátodo como cobre metálico.

PROCESSO ELETROLITICO PARA PURIFICAÇÃO DE METAIS Os ânions sulfato SO4-2 se descarregam na placa anodica, cedem a estas cargas negativas e reagindo com o cobre da placa anódica restauram na solução as moléculas de CuSO4, que torna a se ionizar em Cu++ e SO4-2. O cobre obtido é de alto grau de pureza (99,99 %) e é chamado cobre eletrolítico. No fundo do tanque se depositam os lodos contendo , muitas vezes metais preciosos: ouro, prata e até platina, sendo que, neste caso, estes lodos anódicos são lavados, secos, analisados, e a seguir tratados quimicamente para extrair os metais preciosos .

EXTRAÇÃO DOS METAIS DE SEUS MINERAIS (Extração do Alumínio)

EXTRAÇÃO DOS METAIS DE SEUS MINERAIS (Extração do Alumínio) O alumínio se extrai por eletrólise da alumina (Al2O3) obtida do mineral bauxita e se efetua nas câmaras eletrolíticas denominadas impropriamente “fornos”. As câmaras constam, essencialmente, de um grande depósito de ferro de forma regular ou elíptica, revestida internamente de uma camada espessa formada por pó de carvão, betume e pixe (cátodo) e o ânodo pode ser constituído tanto de um grande eletrodo de carbono (câmaras monódicas), quanto de mais eletrodos verticais constituídos de blocos retangulares de carbono (células ou câmaras de ânodos múltiplos).

EXTRAÇÃO DOS METAIS DE SEUS MINERAIS (Extração do Alumínio) A alumina se dissolve, na proporção de 5 a 6% em criolita (fluoreto duplo de alumínio e sódio). A criolita, que tem a função de fundente, reduz em cerca de 1000oC a temperatura de fusão da alumína, que é de 2020oC.

EXTRAÇÃO DOS METAIS DE SEUS MINERAIS (Extração do Alumínio) O composto que se dissocia e conduz a corrente é o fluoreto de alumínio AlF3. Simplificando, pode-se dizer que o íon Al+3 se descarrega no cátodo, enquanto o flúor, que se forma no ânodo, reage com a alumina para tornar a formar fluoreto de alumínio.

EXTRAÇÃO DOS METAIS DE SEUS MINERAIS (Extração do Alumínio) O processo continua enquanto se mantenha a concentração de alumínio superior a certos limites. Devido ao alumínio ter peso específico maior que a criolita e a alumina, este se deposita no fundo da cuba, donde é extraído para formar os lingotes.

EXTRAÇÃO DOS METAIS DE SEUS MINERAIS (Extração do Alumínio) A corrente contínua (tensão de 4,5 a 5,5 V por cuba) serve tanto como meio de aquecimento (efeito joule), como efeito eletrolizante. O alumínio assim obtido (95,5%) é chamado de primeira fusão. Para se obter alumínio puríssimo (99,99%), procede-se a sua purificação pelo processo de eletrólise ígnea. A eletrólise ígnea é feita em cubas onde o ânodo é formado por uma placa de alumínio de primeira fusão e o cátodo pelo refinado e o banho eletrolizante de criolita fundida.