Cos'è l'elettrolisi?

In chimica, Elettrolisi è il fenomeno in cui una corrente elettrica attraversa una soluzione acquosa di un composto ionico, e inizia dirigere gli ioni (particelle cariche) del Composto a due elettrodi, positivo (Anodo, attrae anioni con carica negativa) e negativo (catodo, attrae cationi carichi positivamente). Questo fenomeno è governato dalla legge dell'Elettrostatica, che indica che cariche opposte si attraggono.

elettroliti

Nel 1883, Michael Faraday scoprì che le soluzioni acquose di alcune sostanze conducono la corrente elettrica, mentre le soluzioni di altre sostanze no.

Per verificare se una soluzione acquosa conduce o meno corrente elettrica, Faraday progettò un semplice apparato costituito da a Circuito CC da 110 volt, una lampada, Sì due elettrodi metallici o di grafite collegati alla fonte attuale.

Se gli elettrodi sono immersi in acqua, la quantità di corrente che scorre è così piccola che la lampada non si accende; lo stesso vale se vengono immersi in una soluzione zuccherina.

Se invece sono immersi in una soluzione di solution

Cloruro di sodio NaCl o da acido cloridrico HCl, la lampada risplende intensamente, il che dimostra che il lo scioglimento è un ottimo conduttore. Utilizzando invece l'Acido Acetico CH₃COOH concentrato, la soluzione conduce male la corrente, ma quando l'Acido viene diluito con Acqua H₂Oppure, la sua conduttività elettrica aumenta.

Durante il passaggio di corrente attraverso soluzioni diverse si ottengono prodotti diversi agli elettrodi.

Nel corso dei suoi studi sull'elettrolisi, Faraday ha dedotto le seguenti leggi:

1° Legge: La quantità di sostanza che ha la sua trasformazione chimica in un elettrodo è proporzionale alla quantità di elettricità che passa attraverso la soluzione.

2° Legge: Se la stessa quantità di elettricità viene fatta passare attraverso soluzioni diverse, i pesi delle sostanze decomposti o depositati sui diversi elettrodi sono proporzionali ai pesi equivalenti di detti sostanze.

Per citare un esempio:

Si presume che tu abbia cinque diverse celle elettrolitiche. Il primo con Acido cloridrico HCl, il secondo con solfato di rame CuSO₄, il terzo con Cloruro di antimonio SbCl₃, il quarto con Cloruro Stannoso SnCl₂ e il quinto con Cloruro Stannico SnCl₄.

La stessa corrente viene fatta passare attraverso una serie di celle elettrolitiche, fino a liberare 1.008 grammi di Idrogeno (a Peso equivalente di Idrogeno) della soluzione di Acido Cloridrico, i pesi (in grammi) degli altri prodotti rilasciati contemporaneamente Sono:

Il Peso equivalente ha il valore di Peso atomico dell'elemento diviso per la valenza dell'elemento.

Per rilasciare un peso equivalente di qualsiasi articolo, è necessario 96500 Coulomb. Questa quantità di elettricità si chiama 1 Faraday.

L'Unità Faraday

Ampere è definito come un flusso uniforme che deposita 0,001118 grammi di argento (Ag) da una soluzione di nitrato d'argento (AgNO₃) in un secondo. Poiché il peso atomico dell'argento è 107,88 g / mol, il rapporto 107,88 / 0,001118 dà il numero di Ampere-secondi o Coulomb elettricità necessaria depositare un equivalente chimico di argento. Questa quantità è 96494 Coulomb (il valore 96500 è abbastanza approssimativo per calcoli più semplici) e si chiama 1 Faraday di elettricità.

elettrodi

Faraday ha chiamato Anodo con elettrodo positivo e catodo con elettrodo negativo. Creò anche i termini Anione e Cation, applicati alle sostanze che compaiono rispettivamente all'anodo e al catodo durante l'elettrolisi.

Attualmente, un'altra definizione di elettrodi è:

Anodo: Elettrodo in cui c'è perdita di elettroni o ossidazione.

catodo: Elettrodo in cui c'è guadagno o riduzione di elettroni.

Elettroliti e non elettroliti

La conduzione della corrente elettrica attraverso soluzioni non fu spiegata in modo soddisfacente fino al 1887, quando Svante Arrhenius rese nota la sua teoria. Prima di apprezzare e comprendere la teoria di Arrhenius, abbiamo prima esposto alcuni dei fatti che erano noti alla scienza quando Arrhenius la formulò:

Il Soluzioni non elettrolitiche hanno proprietà che possono essere calcolate applicando la legge di Raoult. Le pressioni di vapore e i punti di ebollizione e congelamento osservati di queste soluzioni sono praticamente gli stessi dei valori calcolati.

Il Legge di Raoult spiega che la tensione di vapore di ciascun soluto in soluzione dipende dalla propria frazione molare in esso, moltiplicata per la sua pressione di vapore allo stato puro.

La legge di Raoult fallisce quando viene applicata alle soluzioni elettrolitiche nell'acqua. Le variazioni della tensione di vapore e dei Punti di Ebollizione e Congelamento sono sempre maggiori di quelle previste dalla suddetta legge, ed inoltre aumentano con la diluizione.

Tali deviazioni sono rappresentate dal valore i, che è il rapporto della variazione osservata nel punto di congelamento tra la variazione calcolata nel punto di congelamento:

Il valore di i è una misura della deviazione dalla legge di Raoult, essendo uguale a 1 quando non c'è deviazione.

Conducibilità elettrica degli elettroliti

Arrhenius ha studiato la conduttività delle soluzioni acquose di elettroliti per scoprire come la conduttività variasse con la concentrazione di elettroliti.

Ha misurato la Conducibilità Molare (che è la Conducibilità corrispondente ad una mole di Elettrolita disciolto; cioè, la conduttività specifica si riferiva a una mole e trovava che aumentava con la diluizione.

Arrhenius ha confrontato i suoi risultati con le misurazioni delle deviazioni dalla legge di Raoult e ha trovato una stretta relazione tra queste e la conduttività molare. Nella sua teoria viene spiegato il comportamento degli elettroliti:

“Le molecole elettrolitiche si dissociano in particelle cariche elettricamente chiamate ioni. La dissoluzione è incompleta e c'è un equilibrio tra le molecole e i loro ioni. Gli ioni conducono la corrente mentre si muovono all'interno della soluzione”.

Le deviazioni dalla legge di Raoult sono dovute all'aumento del numero di particelle risultante dalla parziale dissociazione delle molecole.

Esempi di elettrolisi

Alcune soluzioni che si comportano come gli Elettroliti, cioè hanno la capacità di Elettrolisi sono:

Cloruro di sodio NaCl

Acido cloridrico HCl

Solfato di sodio Na₂SW₄

acido solforico H₂SW₄

Idrossido di sodio NaOH

Idrossido di ammonio NH₄Oh

Carbonato di sodio Na₂CO₃

Bicarbonato di sodio NaHCO₃

acido nitrico HNO₃

Nitrato d'argento AgNO₃

solfato di zinco ZnSO₄