Diferente de metais (condução por elétrons livres), soluções conduzem eletricidade via transporte iônico. Este processo, eletrólise, é fundamental para baterias, eletrodeposição, indústria cloro-álcali, e sinalização biológica.
Requisito: Eletrolitos
Apenas soluções contendo íons móveis conduzem. Água pura (H₂O) condutividade muito baixa (0,055 µS/cm) devido autoionização (H⁺ + OH⁻). Dissolver um eletrolito fornece portadores carga.
- Eletrolitos Fortes (Dissociação Completa): Sais solúveis (NaCl, KNO₃), Ácidos fortes (HCl, H₂SO₄, HNO₃), Bases fortes (NaOH, KOH). → Alta Condutividade.
- Eletrolitos Fracos (Dissociação Parcial): Ácidos fracos (CH₃COOH), Bases fracas (NH₃·H₂O), HgCl₂. ⇌ Equilíbrio. → Condutividade Baixa/Moderada.
- Não-Eletrolitos: Açúcar, Etanol, Ureia. Sem íons. → Isolantes.
Mecanismo Condução: Migração Íons
- Campo Elétrico Aplicado: Eletrodos (Ânodo +, Cátodo -) imersos. Gradiente potencial ∇V estabelecido.
- Cátions (Íons Positivos: Na⁺, H⁺, Cu²⁺, NH₄⁺) migram para Cátodo (-).
- Ânions (Íons Negativos: Cl⁻, OH⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻) migram para Ânodo (+).
- Reações Eletrodos (Transferência Carga):
- Cátodo (Redução): Cátion + e⁻ → Átomo/Molécula Neutro. (ex: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu(s) deposição; 2H⁺ + 2e⁻ → H₂(g) evolução).
- Ânodo (Oxidação): Ânion - e⁻ → Neutro. (ex: 2Cl⁻ - 2e⁻ → Cl₂(g); 2H₂O - 4e⁻ → O₂ + 4H⁺; Cu(s) - 2e⁻ → Cu²⁺ dissolução).
- Continuidade Corrente: Fluxo elétrons fio externo ↔ Fluxo íons solução. Leis Faraday governam transferência massa: m = (Q × M) / (n × F).
Fatores Afetando Condutividade (κ, Siemens/m)
| Fator | Efeito | Razão |
|---|
| Concentração Íons (c) | ↑ κ (inicialmente linear), depois ↓ em c alta | Mais portadores, mas atração inter-iônica (Debye-Hückel-Onsager) reduz mobilidade. Lei Kohlrausch: Λm = Λm° - K√c. |
| Carga Íon (z) | ↑ κ ∝ z² | Maior carga = mais coulombs por íon. Mg²⁺ > Na⁺. SO₄²⁻ > Cl⁻. |
| Mobilidade / Tamanho Íon | ↑ κ para íons menores, menos hidratados | H⁺ (mecanismo Grotthuss: salto próton) & OH⁻ anormalmente altos. Li⁺ < Na⁺ < K⁺ < Rb⁺ < Cs⁺ (tamanho casca hidratação). |
| Temperatura (T) | ↑ κ ~ 2%/°C | Viscosidade menor → mobilidade maior. Tipo Arrhenius. κ(T) = κ₀ exp(-Eₐ/RT). |
| Viscosidade Solvente / Constante Dielétrica | Baixa viscosidade, Alta εr → ↑ κ | Água (ε=80) excelente. Solventes orgânicos (ε=2-40) pobres a menos eletrólito suporte adicionado. |
Aplicações Principais
- Células Eletroquímicas (Baterias): Li⁺ em carbonato orgânico (LiPF₆), H⁺/SO₄²⁻ em H₂SO₄ (Chumbo-Ácido), OH⁻ em KOH (NiCd, NiMH, Alcalinas).
- Eletrólise: Cloro-Álcalis (NaCl → Cl₂ + H₂ + NaOH), Divisão Água (H₂), Eletroobtenção (Cu, Zn, Al), Eletrodeposição.
- Sensores: Células condutividade (qualidade água), Eletrodo vidro pH (H⁺ seletivo), Eletrodos Seletivos Íons (ISE), Biosensores (enzima → fluxo íons).
- Biológico: Potenciais ação (fluxo Na⁺, K⁺, Ca²⁺), ECG/EEG (condução volume tecido salino), Estimulação nervo.
- Corrosão: Célula galvânica superfície metal (Ânodo: Fe→Fe²⁺; Cátodo: redução O₂). Eletrolito = umidade + sais.
Medição
Medidor Condutividade: Excitação CA (previne polarização/eletrólise eletrodos) + 4-eletrodos (Kelvin) ou 2-eletrodos célula. Constante Célula K = l/A (cm⁻¹). κ = K × G (Condutância). Unidades: µS/cm, mS/cm, S/m.
Conclusão: Condução solução = Migração Íons + Reações Eletrodos. Sem íons = Sem condução. Sem reação eletrodo = Sem corrente CC contínua (polarização bloqueia). Medição CA evita polarização.
