L'ELETTRODEPOSIZIONE

Scopo: Verificare cosa comporta il flusso di corrente in una cella elettrolitica

Materiale Occorrente

Alimentatore

Soluzione 1M di Cu(NO)₃

Lamina di rame

Moneta

Soluzione 1M di Ag(NO)₃

Lamina di argento

CENNI TEORICI

Acidi, basi e sali solidi non sono conduttori. Quando ciascuna di queste sostanze viene sciolta in acqua, la soluzione che si forma è però conduttrice. Quelle sostanze che in soluzione conducono corrente sono denominati elettroliti e ogni sostanza che produce ioni in soluzione è un elettrolita. Se colleghiamo un generatore a due elettrodi, uno degli elettrodi sarà negativo e l'altro positivo; è consuetudine chiamare catodo l'elettrodo collegato con polo negativo, e anodo l'elettrodo collegato al polo positivo. Se immergiamo gli elettrodi in una soluzione ionica, gli ioni positivi presenti in soluzione saranno attratti dal catodo, e per questo motivo vengono chiamati cationi; gli ioni negativi invece saranno attratti verso l'anodo e per questo saranno chiamati anioni. Perciò all'anodo avverrà sempre un processo di ossidazione, al catodo si avrà sempre un processo di riduzione. Gli elettrodi di una cella elettrolitica hanno quindi una polarità opposta rispetto a quella degli elettrodi di una pila. Nel corso del processo di elettrolisi risulta pertanto anche invertito il senso in cui avvengono le semireazioni durante il funzionamento di una pila. Il movimento degli ioni in una soluzione produce una corrente elettrica, proprio come il movimento degli elettroni in un metallo. I metodi elettrolitici sono largamente impiegati nei processi di purificazione di diversi metalli, come piombo, stagno, oro, argento. La galvanostegia, anch'essa basata su un processo di elettrolisi, è un'importante tecnica industriale usata per depositare sottili strati di metalli preziosi oppure resistenti su superfici di metalli comuni. Le batterie sono celle elettrochimiche reversibili, che possono sia erogare corrente elettrica sia accumulare cariche; le reazioni coinvolte nei due processi sono una l'inversa dell'altra. Quando un accumulatore al piombo (le comuni batterie delle automobili) eroga corrente, il piombo e l'ossido di piombo si trasformano in solfato di piombo:

Quando, invece, la carica viene accumulata, le due reazioni avvengono nella direzione opposta: il solfato di piombo si trasforma nuovamente nel metallo e nell'ossido

ELETTROLISI DEL NITRATO DI RAME

Immergiamo in una soluzione di nitrato di rame un elettrodo di rame e una moneta. La lamina di rame sarà l'anodo, la moneta fungerà invece da catodo. Al passaggio della corrente gli ioni positivi Cu ²⁺sono attratti dall'elettrodo negativo(catodo.) Giunti a contatto con il catodo, i cationi acquistano un numero di elettroni pari al numero delle loro cariche positive, passando dallo stato di ione allo stato di rame metallico. Gli ioni negativi (anioni) giunti a contatto con l'anodo si "scaricano " anch'essi cedendo all'elettrodo gli elettroni. Se però l'anodo è costituito da un metallo che possa essere attaccato (come in questo caso) il processo anodico diventa il passaggio in soluzione di atomi di metallo sotto forma di ioni: così la lamina di rame si discioglie passando in soluzione sotto forma di ioni Cu²⁺. Le due reazioni saranno perciò le seguenti:

La quantità di sostanza che si accumula agli elettrodi a causa del passaggio di corrente può essere calcolata in base a una legge scoperta dal chimico e fisico britannico Michael Faraday; essa afferma che la quantità di sostanza depositata a ogni elettrodo è proporzionale alla quantità di corrente elettrica che attraversa l'elettrolita e dipende dal numero di elettroni coinvolti nella reazione che avviene all'elettrodo.

ELETTROLISI DEL NITRATO DI ARGENTO

Immergiamo in una soluzione di nitrato di argento un elettrodo di argento e un chiodo. La lamina di argento sarà l'anodo, il chiodo fungerà invece da catodo. Al passaggio della corrente gli ioni positivi Ag⁺ sono attratti dall'elettrodo negativo(catodo.) Giunti a contatto con il catodo, i cationi acquistano un numero di elettroni pari al numero delle loro cariche positive, passando dallo stato di ione allo stato di argento metallico. Gli ioni negativi (anioni) giunti a contatto con l'anodo si "scaricano " anch'essi cedendo all'elettrodo gli elettroni. Se però l'anodo è costituito da un metallo che possa essere attaccato (come in questo caso) il processo anodico diventa il passaggio in soluzione di atomi di metallo sotto forma di ioni: così la lamina di argento si discioglie passando in soluzione sotto forma di ioni Ag⁺. Le due reazioni saranno perciò le seguenti:

CONCLUSIONI

Quest'esperienza ci ha dato la spiegazione ai fenomeni relativi all'elettrolisi, dando un'ulteriore conferma delle leggi che la governano; ci ha dato la possibilità inoltre di analizzare i suoi impieghi nell'industria moderna che ne sfrutta i principi.