QUIMICA:

A Físico-Química é a ciência que nos proporciona instrumentos para interpretar e dominar os fenômenos naturais. Na base dessa ciência encontram-se os princípios fundamentais da termodinâmica, classicamente ensinados a partir do comportamento dos sistemas macroscópicos.

Ela também compreende a física, sendo a disciplina que estuda as propriedades físicas e químicas da matéria, através da combinação de duas ciências: a física, onde se destacam áreas como a termodinâmica e a mecânica quântica, e a química. Suas funções variam desde interpretações das escalas moleculares até observações de fenômenos macroscópicos.

A Físico-química moderna possui áreas de estudo importantes como a termoquímica, cinética química, química quântica, mecânica estatística e química elétrica. A Físico-química também é fundamental para a ciência dos materiais.

A eletrólise é um método usado para a obtenção de reações de oxidorredução. Em soluções eletrolíticas, o processo se baseia na passagem de uma corrente elétrica através de um sistema líquido que tenha íons presentes, gerando, assim, reações químicas.

As reações na eletrólise podem ocorrer de várias maneiras, dependendo do estado físico em que estiver a solução que vai ser submetida à reação.

Resumidamente, as relações são:

Agora, veja três exemplos de como você pode usar essas informações para resolver problemas práticos da eletroquímica. É importante ressaltar que aqui usamos o valor 96486 C. Porém, na maioria das literaturas químicas, usa-se o valor arredondado 96500 C.

1º Exemplo: Considere uma galvanoplastia em que uma peça foi revestida de prata. Ao final desse processo eletrolítico, a quantidade de carga usada para que os íons Ag⁺ se reduzissem a Ag foi de 0,05 faraday. Sabendo que a massa molar da prata é igual a 108 g/mol, diga qual foi a massa de prata depositada nesse processo?

Resolução:

Ag⁺ _(aq) +  e-  →  Ag_(s)
               ↓           ↓
         1 mol e-    1 mol
              ↓              ↓
      1 faraday ------ 108 g
     0,05 faraday --- m
          m = 5,4 g

2º Exemplo: Digamos que estamos efetuando a eletrólise da solução aquosa de sulfato de níquel (NiSO₄), aplicando uma corrente elétrica igual a 0,10 A por 386 segundos. Qual será a massa de níquel que será obtida no cátodo? (Dado: massa molar do Ni = 58,7 g/mol)
Resolução:
Ni²⁺  +  2e-  →  Ni_(s)
           ↓           ↓
        2 mol e-    1 mol
           ↓           ↓
2 ( 96486 C)---- 58,7g

Para fazer uma relação de regra de três e descobrir a massa que foi formada nesse caso, precisamos descobrir primeiro a quantidade de carga elétrica (Q):

Q = i . t
Q = 0,10 . 386
Q = 38,6 C

Assim, temos:

2 ( 96486 C)---- 58,7g
38,6 C ----------- m
m = 2265,82 C . g         192972 C
m = 0,01174 g ou 11,74 mg

3º Exemplo: Temos três cubas eletrolíticas ligadas em série e submetidas a uma corrente de 5 A por um tempo de 32 minutos e 10 segundos. Na primeira cuba, temos uma solução de CuSO₄; na segunda, temos uma solução de FeCl_3; e na terceira, temos uma solução de AgNO₃. Determine quais são as massas de cada um dos metais depositadas nos eletrodos das três cubas. (Massas molares: Cu = 63,5 g/mol, Fe = 56 g/mol, Ag = 108 g/mol).

Resolução:
Primeiramente, vamos passar o valor do tempo para segundos:
1 minuto -------- 60 segundos
32 minutos ----- t
t = 1920 + 10 segundos = 1930 segundos
Com esse dado, podemos determinar a quantidade de carga elétrica Q:
Q = i . t
Q = 5 . 1930
Q = 9650 C

Agora, usamos regras de três para cada uma das semirreações que ocorrem nas três cubas para descobrir as respectivas massas dos metais depositados:

         1ª Cuba:                                        2ª Cuba:                                           3ª Cuba:

Cu²⁺  +  2e-  →  Cu_(s)                       Fe³⁺ _(aq) + 3 e- →  Fe_(s)                Ag⁺ _(aq) +  e-  →  Ag_(s)
              ↓           ↓                                  ↓                   ↓                                     ↓                 ↓
       2 mol e-    1 mol                             3 mol e-    1 mol                                 1 mol e-    1 mol
              ↓              ↓                                  ↓              ↓                                        ↓              ↓
2 . (96486 C)------ 63,5 g             3 . (96486 C)------ 56 g                        96486 C ------ 108 g
          9650 C ------ m                              9650 C ------ m                           9650 C ------ m
          m ≈ 3,175 g de Cu_(s)                     m ≈ 1,867 g de Fe_(s)                  m = 10,8 g de Ag_(s)