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A eletrólise da água

Na eletroquímica, existem as células galvânicas, nas quais ocorrem reações de oxidação e redução de forma espontânea, com formação de uma diferença de potencial e fluxo de elétrons, e as células eletrolíticas, em que processos não espontâneos são induzidos por meio da aplicação de uma diferença de potencial. Neste infográfico, será apresentado um exemplo de célula eletrolítica em pequena escala para a eletrólise da água. Confira a seguir.

Fotografia de um caixa com energia elétrica conectada a um recipiente com água. À esquerda, está a caixa com energia elétrica, contendo um botão de ligar e desligar, um botão de controle de voltagem, um pequeno painel, que informa a tensão elétrica, e dois cabos, um preto e outro vermelho. O cabo preto está conectado ao polo negativo, e o cabo vermelho está conectado ao polo positivo. Cada cabo está conectado a um eletrodo, inserido em um recipiente de vidro ao lado, de formato cilíndrico e cheio de água. No recipiente, também há dois tubos de ensaio, os quais estão com a boca virada para dentro do recipiente. Cada eletrodo no recipiente está dentro de um tubo. O eletrodo conectado ao cabo preto está dentro do tubo à esquerda do recipiente, onde estão se formando bolhas na água. O eletrodo conectado ao cabo vermelho está dentro do tubo à direita do recipiente, onde também se formam bolhas na água, mas em volume menor.
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1. Fonte de tensão

Fotografia de um voltímetro, painel com marcações que vão de 0 a 15 e um ponteiro marcando 15. No painel, também estão as letras D C V.
Crédito: SPL/Fotoarena

Como a reação de formação da água é um processo espontâneo, que gera uma diferença de potencial (DDP), a reação inversa, de decomposição, será um processo não espontâneo.
2 H subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses seta para a direita 2 H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses2 H2(g)+O2(g) → 2 H2O(l)
E grau é igual a mais 1 vírgula 23 VE°=+1,23 V
Assim, considerando as condições-padrão, para que a decomposição ocorra, é necessária a aplicação de uma DDP de, pelo menos, 1 vírgula 23 V1,23 V.

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2. Cátodo

Fotografia de um eletrodo dentro de um tubo em um recipiente com água. Na água dentro do tubo, há formação de muitas bolhas.
Crédito: SPL/Fotoarena

No eletrodo do lado esquerdo, que está ligado ao polo negativo da fonte de potencial (o cátodo do sistema), ocorrem a reação de redução dos íons H sobrescrito maisH+ presentes na água e a formação do gás hidrogênio, fatos que podem ser observados por meio da formação de bolhas partindo do eletrodo.
2 H elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais 2 e elevado a início expoente, menos, fim expoente seta para a direita H subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses2 H+(aq)+2 e- → H2(g)

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3. Ânodo

Fotografia de um eletrodo dentro de um tubo em um recipiente com água. Na água dentro do tubo, há formação de algumas bolhas.
Crédito: SPL/Fotoarena

No eletrodo do lado direito, ligado ao polo positivo da fonte de potencial, encontra-se o ânodo do sistema, onde ocorrem a reação de oxidação da água e a formação do gás oxigênio, fenômeno que pode ser observado por meio das bolhas partindo do eletrodo.

2 H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses seta para a direita O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais 4 H elevado a início expoente, mais, fim expoente abre parênteses a q fecha parênteses mais 4 e elevado a início expoente, menos, fim expoente2 H2O(l) → O2(g)+4 H+(aq)+4 e-

Processo de eletrólise da água.

Crédito da imagem: SPL/Fotoarena

Como foi possível perceber no exemplo de célula eletrolítica apresentado, na eletrólise da água, ocorre a formação dos gases hidrogênio e oxigênio, processo que pode ser representado por meio da seguinte reação global: 2 H subscrito 2 O abre parênteses l fecha parênteses seta para a direita 2 H subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses mais O subscrito 2 abre parênteses g fecha parênteses2 H2O(l) → 2 H2(g)+O2(g). Com essa equação, e observando o volume de gás formado nos recipientes sobre os eletrodos, também é possível constatar que o volume de gás hidrogênio é o dobro do volume de gás oxigênio.