FORMAÇÃO
revista técnico-profissional
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o electricista Jorge Castilho Cabrita Engenheiro Electrotécnico (IST)/Professor do Ensino Secundário
lições
LIÇÕES DE ELECTRICIDADE 26º. PARTE
Electroquímica (1ª parte) – Introdução; Electrólise (1ª parte)
Inicia-se um novo capítulo em que a electricidade se alia à química. Após uma introdução em que se apresentam alguns conceitos necessários, inicia-se a importante área da electrólise que tem múltiplas aplicações responsáveis por grande parte da indústria química. Este tema será retomado no próximo número antes de se entrar nos domínios da geração electroquímica de electricidade. 58› ELECTROQUÍMICA 58.1› INTRODUÇÃO Na Electroquímica estudam-se os fenómenos eléctricos inerentes às transformações químicas operadas com intervenção da corrente eléctrica. A vários cientistas tem sido atribuída a paternidade da Electroquímica, resultado do seu pioneirismo e da importância das suas contribuições. São eles Alessandro Volta Humphry Davy, Johann Wilhelm Ritter, Michael Faraday. Alessandro Volta1 (1745-1827) inventou a primeira pilha eléctrica em 1800. Entre 1806 e 1808, o cientista inglês Humphry Davy (1778-1829) publicou trabalhos sobre as suas investigações em electrólise, tendo isolado o magnésio, o bário, o estrôncio, o cálcio, o sódio, o potássio e o boro. Em 1807 descobriu o cloro. Em 1818 isolou o lítio. Estudou ainda, pela primeira vez, a corrosão utilizando a protecção anódica. Johann Wilhelm Ritter (1776-1810)2 repetiu em 1800 a electrólise da água descoberta por William Nicholson (1753-1815) e por Anthony Carlisle (1768-1840) poucos meses antes, introduzindo um melhoramento que permitia a recolha separada de oxigénio e hidrogénio. Passado algum tempo descobriu a galvanostegia. Em 1802 inventou uma pilha seca com muito mais tempo de vida que a pilha de Volta. Fez estudos de electrofisiologia. Michael Faraday (1791-1867)3 estabeleceu as
leis da electrólise entre 1832 e 1834. Criou termos como “eléctrodo”, “electrólito”, “ânodo”, “cátodo”, “ião”. 58.1.1› Elementos e compostos químicos A natureza é constituída por elementos e por compostos químicos. Os elementos químicos são constituídos por átomos da mesma natureza. Os compostos químicos são constituídos por átomos de natureza diversa. 58.1.2› Valência e ligação química O conceito de valência tem a ver com a maior ou menor capacidade de combinação entre elementos químicos. Os electrões existentes nos átomos dos elementos químicos têm níveis energéticos diversos, sendo agrupados em bandas. Os electrões externos constituem a banda de valência e são estes electrões que conferem certas características ao elemento químico. Os átomos podem combinar-se quimicamente através de uma das ligações seguintes: › Ligação covalente – há pares de electrões que são compartilhados entre dois átomos, não pertencendo especificamente a um ou a outro átomo; é o caso das ligações entre átomos de materiais semicondutores (figura 248 (por exemplo, o germânio ou o silício); é também o caso de ligações entre átomos de não-metais (por exemplo, dois átomos de oxigénio formam uma molécula deste gás); › Ligação iónica – a ligação tem origem em forças de atracção electrostáticas entre
iões de sinal contrário, resultantes de átomos que perderam um ou mais electrões (iões positivos ou catiões) e de átomos que adquiriram electrões (iões negativos ou aniões) (figura 249); é o caso de ligação entre metais (por exemplo, o sódio) e não-metais (por exemplo, o cloro); existem ainda grupos de átomos, denominados radicais, que têm um comportamento semelhante no sentido de captar electrões (por exemplo, o radical sulfato capta dois electrões, transformando-se num ião negativo SO42-, também designado sulfatião; outro exemplo, é o radical OH, pode captar um electrão, transformando-se num ião negativo OH-, designado por oxidrilo); › Ligação metálica - um grupo de elementos químicos, denominados metais, é constituído por substâncias boas condutoras da electricidade. Tal facto resulta de os seus átomos perderem electrões facilmente. À temperatura ambiente, os átomos dos metais estão ionizados, por terem perdido electrões que circulam ziguezagueando livremente pelo metal constituindo uma nuvem electrónica que garante a condução eléctrica quando está presente um campo eléctrico externo. Os iões de metal assim formados têm carga eléctrica positiva e dispõem-se espacialmente segundo uma rede tridimensional chamada “estrutura cristalina” (figura 250). Vejamos alguns exemplos: › a prata (símbolo químico Ag) dá origem, quando perde um electrão, a um ião Ag+; › o cobre (Cu) dá origem, ao perder 2 elec-