Considere a eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de sódio. O anodo consiste de um material eletroquimicamente inerte e o catodo de uma camada de mercúrio no fundo da célula. Nessas condições, a(s) principal(is) ocorrência(s) no catodo será(ão):
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A priori, vamos analisar o que temos em solução, assim, facilmente constatamos: \begin{matrix}
\ce{H_2O &,& Na^+ &,& Cl^-}
\end{matrix}Pensando na oxidação, sabemos que numa célula galvânica o esperado seria a redução do gás cloro presente (vide potencial de redução), contudo, feita a eletrólise, espera-se a inversão, isto é, a oxidação dos íons cloreto. Nesse sentido, a questão é o que acontece no cátodo? Costumeiramente, a resposta seria a produção de gás hidrogênio devido a redução da água, contudo, isto não é verdade neste caso, o que ocorre é a formação de amálgama de sódio com a consequente redução do sódio. Ora, mas por quê? Existem dois motivos apreciáveis neste caso, comecemos lembrando que eletrólises às vezes apresentam "anomalias" por caráter tanto cinético quanto termodinâmico, e assim temos:
$• \ \text{Motivo I:}$ O sódio metálico é solúvel no mercúrio. (A solução é chamada amálgama, termo que denota qualquer espécie de combinação do mercúrio com outros metais). Desse modo, a atividade química ficará muito abaixo da que seria do sódio puro, estabilidade esta que favorece a reação, visto ser um processo bem exotérmico.
$• \ \text{Motivo II:}$ Existe uma anomalia para liberação de hidrogênio na superfície do mercúrio, esta é a sobrevoltagem, ou seja, é necessária uma voltagem anormalmente alta para liberação do gás, o que desfavorece a reação.
Analisemos agora as alternativas:
$• \ \text{Alternativa (A):}$ $\color{#3368b8}{\text{Correta}}$
Como descrito anteriormente, o que acontece é:\begin{matrix}
\text{Ânodo:} & \ce{2 Cl^- &->& Cl_2 + 2e-} \\
\text{Cátodo:} & \ce{2Na^+ + 2e- &->& 2 Na_{(Hg)}}
\end{matrix}Além disso, vale ressaltar que, reduzida a tensão até certo ponto, o amálgama de sódio é decomposto pela reação com a água liberando gás hidrogênio:\begin{matrix}\ce{2Na_{(Hg)} + 2H_2O_{(l)} &->& 2Na^+_{(aq)} + 2OH-_{(aq)} + H_2_{(g)}}
\end{matrix}$• \ \text{Alternativa (B):}$ $\color{orangered}{\text{Incorreta}}$
Lembre-se que a oxidação ocorre no ânodo.
$• \ \text{Alternativas (C e D):}$ $\color{orangered}{\text{Incorretas}}$
É deveras inusitado pensar na formação de cristais em tal situação, tampouco cristais de sódio metálico, este que é solúvel em água e em mercúrio no caso. Por outro lado, mesmo que cloreto de mercúrio seja predominantemente insolúvel em água, não se espera sua formação como cristal.
$• \ \text{Alternativa (E):}$ $\color{orangered}{\text{Incorreta}}$
Esta é basicamente a "pegadinha" da questão, mas creio que já esteja elucidada.\begin{matrix}Letra \ (A)
\end{matrix}