Le leggi di Faraday definiscono quanta massa si deposita sull’elettrodo bersaglio durante l’elettrolisi all’interno di una cella elettrolitica.
La costante di Faraday
La massa di una sostanza che si deposita su un elettrodo è direttamente proporzionale alla quantità di elettroni trasferita nella cella elettrolitica.
Ma ogni elettrone ha una sua carica elettrica pari a 1,6 x 10^-19 Coulomb.
Quindi la massa trasferita è proporzionale alla carica elettrica trasferita.
Quindi la carica elettrica di una mole di elettroni: 6 x 10^23 x 1,6 x 10^-19 = 1,6 x 6 x 10^4 = 96.486 Coulomb/mol,
questo valore è la costante di Faraday.
Un Faraday è la carica elettrica per ridurre una mole di un catione monovalente: Na+,…
La costante di Faraday per semplicità diventa F.
1° legge di Faraday
La quantità di carica Q che percorre un circuito dipende dall’intensità della corrente.
L’intensità di corrente si misura in Ampere: possono passare 10 elettroni o 50 elettroni.
Questo flusso di corrente ha anche un tempo: 10 elettroni al secondo o 50 elettroni al secondo.
La quantità di carica Q = intensità di corrente in Ampere x tempo in secondi.
2° legge di Faraday
Al passaggio di un Faraday, cioè al passaggio della carica elettrica di 96.486 Coulomb, viene scaricata sugli elettrodi una quantità pari alla sua massa equivalente.
Questo è utile per i cationi polivalenti: Ca++, Fe+++,….
La massa che si deposita è data dal rapporto tra massa molare e gli elettroni scambiati.
Ad esempio con 1 Faraday deposita una mole di Na+ e mezza mole di Ca++, e un terzo di mole di Fe+++.
Quindi con 96.486 Coulomb deposita:
Na+: 23 / 1 = 23 grammi,
Ca++: 40 / 2 = 20 grammi,
Fe+++: 55,8/ 3 = 18,6 grammi.
Esercizio sulle leggi di Faraday
In una soluzione acquosa è disciolto del cloruro di ferro FeCl3.
Il Ferro si lega con 3 atomi di cloro, quindi è un Fe+++.
Nella soluzione il Fe+++ si libera.
Se faccio passare della corrente nella soluzione, il Fe+++ migra verso il catodo.
Il ferro +++ deve acquisire 3 elettroni per diventare neutro, cioè si riduce: ossidoriduzione.
Se faccio passare una corrente da 20 ampere (C/s) per mezz’ora, quanti grammi di ferro Fe+++ si depositano sul catodo ?
Quantità di carica che passa = corrente 20 C/s x il tempo 30 minuti x 60 secondi = 20 x 1800 Coulomb = 36.000 C
Trasformiamo in Faraday: 36.000 C / 96.486 C = 0,373 F
Un Faraday riduce solo 1/3 di mole di Fe trivalente: 0,373 / 3 = 0,124 moli di Fe+++
Fe+++: 55,8 x 0,124 moli di Fe+++ = 6,9 grammi
L’elettrolisi viene utilizzata in numerosi processi industriali, ad esempio nella produzione di idrossido di sodio.
Una cella elettrolitica trasforma l’energia elettrica in energia chimica, mentre la trasformazione dell’energia chimica in energia elettrica avviene in una pila o cella galvanica.
