L’Elettrolisi è il trasferimento di cariche elettriche in una cella di acqua distillata, che conduce a trasformazioni chimiche.

L’Elettrolisi avviene in una cella elettrolitica.

Una cella elettrolitica è un recipiente contenente acqua distillata, cioè pura.

Nell’acqua distillata sono immersi 2 conduttori metallici detti elettrodi: il catodo è l’elettrodo negativo, l’anodo è l’elettrodo positivo.

I 2 elettrodi sono collegati a un generatore di corrente.

Se accendo il generatore di corrente, cioè dò corrente, creo una differenza di potenziale, si forma un campo elettrico. Se gli elettrodi sono in acqua distillata non succede niente, la corrente non passa tra i due elettrodi, perché l’acqua distillata è un isolante perfetto. Se aggiungo delle sostanze che ionizzano,  acidi, basi, sali, invece osservo un movimento dell’amperometro, perché è avvenuto un trasferimento di corrente.

Gli ioni:  acidi, basi, sali e acqua che permettono il trasferimento di corrente si dicono elettroliti e la relativa soluzione acquosa si dice soluzione elettrolitica.

La corrente che attraversa una soluzione elettrolitica è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale tra gli elettrodi, quindi la soluzione è un conduttore ohmico.

Perché l’aggiunta di un sale, come ad esempio il cloruro di sodio, cambia il comportamento elettrico dell’acqua, cioè perché da isolante diventa conduttrice ?

Il sale da cucina NaCl è composto da 2 ioni Na+ e Cl- che stanno assieme per la forza coulombiana, la forza che attrae cariche diverse. L’acqua è un dipolo elettrico, l’acqua si mette in mezzo tra cationi e anioni, la forza di Coulomb non agisce più, gli ioni si liberano nell’acqua.

L’accensione del generatore spinge gli ioni liberi verso l’elettrodo di segno opposto, i cationi si dirigono verso il catodo, cioè l’elettrodo collegato al polo negativo del generatore, viceversa per gli anioni verso l’anodo.

In una soluzione elettrolitica, la corrente elettrica è dovuta a cariche con segni negativi e positivi.

Tutti i fenomeni che avvengono per passaggio di corrente in una soluzione elettrolitica si dice elettrolisi.

L’elettrolisi non è spontanea, ma dall’esterno bisogna fornire  energia elettrica affinché il processo avvenga.

Una cella elettrolitica trasforma l’energia elettrica in energia chimica, mentre trasformare l’energia chimica in energia elettrica avviene in una pila o cella galvanica.

L’elettrolisi è governata dalle 2 leggi di Faraday:

1° legge di Faraday

La massa di una sostanza prodotta su un elettrodo è direttamente proporzionale alla quantità di carica trasferita nella cella elettrolitica.

La formula di Faraday prevede quanta massa sarà depositata sul catodo: m = F x Q

La carica Q = intensità di corrente in Ampere x tempo in secondi.

F è la costante di Faraday, è la carica elettrica di una mole di elettroni: la carica di un elettrone è 1,6 x 10^-19 Coulomb, una mole di elettroni 6 x 10^23.

Quindi la carica elettrica per una mole sono 6 x 10^23 x 1,6 x 10^-19 = 1,6 x 6 x 10^4 = 96.486 Coulomb/mol.

Un Faraday è la quantità di carica elettrica, quindi di elettroni, necessaria per ridurre una mole di un catione monovalente.

Un equivalente è la quantità di sostanza che si deposita sugli elettrodi quando nella cella passa 1 F (96486 Coulomb).

Un Faraday può ridurre una mole di ioni Na+ (1 equivalente), quindi sull’elettrodo si deposita una mole di Na+, cioè 23 grammi di sodio.

2° legge di Faraday

La 2° legge è dedicata agli ioni polivalenti, come il magnesio 2+ o il ferro 3+, dove ogni ione attrae a sè più di un elettrone: quì entra in gioco il concetto di equivalenza.

Se lo ione è bivalente, una mole di elettroni, cioè un F, ridurrà solo mezza mole di Mg++ : 39,1/2 = 19,55 grammi di magnesio.

Se lo ione è trivalente, 1 F ridurrà solo un terzo di mole di Fe+++ : 55,85/3 = 18,62 grammi di ferro.

Esercizio sulle legge di Faraday

Esercizio quanto grammi di ferro F2+++ si depositano sul catodo posto in una soluzione di cloruro di ferro F2Cl3 se faccio passare una corrente da 2 x 10^-3 ampere per mezz’ora ?

Il Fe+++ durante la reazione acquisisce 3 elettroni per diventare Fe neutro sul catodo, (il ferro acquisendo 3 elettroni si riduce: ossidoriduzione).

Quantità di carica che passa = corrente 2 x 10^-3 A x il tempo 30 minuti x 60 secondi = 3,6 Coulomb.

Sappiamo che un F = 96.486 Coulomb

Un Faraday riduce solo 1/3 di mole di Fe+++: una mole di Fe+++ pesa 55,85 x 1/3 è equivalente a 18,61 grammi di ferro.

Se con 96.486 C riduco 18,61 g, con 3,6 C quanto ferro riduco ?

96486 : 18,61 = 3,6 : X

X = 18,61 x 3,6 / 96.486 = 6,9 x 10^-4

Risposta: si depositano sul catodo 0,69 milligrammi di ferro.