Prof. Dr. Helder Anibal Hermini

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ES 724
Instalações Industriais

• Prof. Dr. Helder Anibal Hermini
• UNICAMP-FEM-DPM

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Módulo I
Instalações Elétricas Industriais
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Aula 3
Eletroquímica
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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
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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.

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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.

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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.

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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.

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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).

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Aplicações da Eletrólise na Indústria
Eletroquímica

• Galvanoplastia
• Purificação de metais
• Extração dos metais de seus minerais.

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GALVANOPLASTIA
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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.
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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.

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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 Cu2 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.

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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 .

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EXTRAÇÃO DOS METAIS DE SEUS MINERAIS (Extração do
Alumínio)
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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).
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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.
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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 Al3 se descarrega no
cátodo, enquanto o flúor, que se forma no ânodo,
reage com a alumina para tornar a formar fluoreto
de alumínio.
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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.
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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.