Ne abbiamo parlato per via del nostro piccolo esperimento di galvanostegia, che consiste nel depositare su un oggetto metallico un sottile strato di un altro metallo.
La soluzione liquida nella quale avviene il processo di galvanostegia è detta bagno galvanico.
Tale soluzione è tipicamente formata da acqua e dal sale del metallo (per noi, solfato di rame) che si vuole depositare.
Facciamo un esperimento di galvanostegia
Gli elettrodi sono elementi di materiale conduttore immersi nella soluzione che permettono alla corrente elettrica di scorrere attraverso la soluzione.
L'elettrodo collegato al polo negativo della batteria è detto catodo, ed è formato dall'oggetto da ricoprire (-).
L'elettrodo collegato al polo positivo della batteria è detto anodo, e può essere fatto dello stesso metallo che si vuol depositare sull'oggetto da ricoprire, oppure di un altro metallo o grafite. Noi usiamo una barretta di rame.
La galvanostegia si può realizzare per piccoli oggetti o per grandi strutture, come le carrozzerie delle auto. I bagni galvanici possono avere concentrazioni molto basse o molto alte, mentre le correnti variano dai milliampere per piccoli oggetti, a molti ampere per grandi bagni galvanici.
La superficie da ricoprire deve essere perfettamente pulita. Le impurità infatti non permettono al metallo di depositarsi e di aderire all'oggetto. Tale operazione è chiamata decapaggio. Si fa una pulizia meccanica con spazzole di metallo o panni abrasivi seguita da una pulizia chimica.
Nel bagno galvanico vengono immersi il catodo (-), formato dall'oggetto da ricoprire (noi lo colleghiamo direttamente a polo - della batteria), e l'anodo (+), formato da un altro oggetto conduttore.
I due elettrodi sono collegati a un generatore di corrente. Quando viene acceso il generatore, la corrente inizia a scorrere attraverso gli elettrodi e la soluzione, e il metallo inizia a depositarsi. Dopo la galvanostegia, l'oggetto deve essere lavato, per eliminare i residui del bagno galvanico.
Cosa facciamo noi?
Si prepara il bagno galvanico: una soluzione in acqua di solfato di rame CuSo4 che si separa in Cu++ e SO4--.
Per la soluzione di solfato di rame CuSO4 non dovremmo usare acqua deionizzata (quella per il ferro da stiro), ma acqua distillata (questa è venduta in farmacia).
Che differenza c'è? Pensa a NaCl caratterizzato da un legame ionico tra Na+ e Cl-.
Sostanze come questa in acqua si dividono in ioni positivi e negativi. Molecole come lo zucchero invece restano intere: lo zucchero cioè si scioglie nell'acqua, ma le sue molecole non vengono scisse in ioni. Nell'acqua deionizzata ci possono quindi essere molecole di composti non ionici, ma solubili in acqua, e inoltre può contenere quantità significative di ioni. Noi però non abbiamo acqua distillata e ci accontentiamo di quella del ferro da stiro.
Nel bagno galvanico vengono immersi il catodo (-), formato dall'oggetto da ricoprire, e l'anodo (+), formato nel nostro caso da una barretta di rame. I due elettrodi sono collegati alla batteria da 4,5 volt. Quando la corrente inizia a fluire attraverso gli elettrodi e la soluzione il metallo inizia a depositarsi.
Realizziamo una cella con una barretta di rame e colleghiamo al polo negativo (anodo) una chiave. Applicando una tensione collegando la pila. La parte di chiave immersa nell'elettrolita si ricoprirà di un sottile strato di rame.
I depositi elettrolitici sono utilizzati dall'industria nei trattamenti di superficie dei metalli. Permettono di creare strati protettivi contro l'ossidazione. Oppure si usano per depositare uno strato sottile di metallo prezioso su uno di valore più scarso (doratura). Con questa tecnica si può colorare l'alluminio.
Elettrolisi con cloruro di sodio NaCl
Per l'esperimento della settimana scorsa abbiamo preso una cella elettrolitica (un bicchiere di vetro con alloggiamenti per le barrette di grafite) e aggiunto all'acqua del cloruro di sodio NaCl. poi abbiamo collegato le barrette ai poli della batteria.
In acqua questo sale si dissocia in ioni Na+ e Cl-, che vengono attratti dagli elettrodi carichi - e +.
Agli elettrodi compaiono delle bollicine. Cosa sono le bollicine che vedo?
Perché se immergo una cartina di tornasole al polo - diventa blu? perchè diventa rossa se immersa vicino al polo +?
Gli ioni Cl- vanno all'elettrodo +, cedono un elettrone e sfuggono come cloro gassoso, mentre all'altro elettrodo si forma idrogeno gassoso.
Anche Na+ va all'elettrodo negativo, si lega agli OH- per formare NaOH o idrossido di sodio, che è alcalino.
In altre parole, lo ione Na+si trasforma in una particella di sodio atomico (Na) che reagisce con l'acqua e forma NaOH (detto anche soda caustica) ed idrogeno, che si libera dalla soluzione sotto forma di bollicine gassose. La cartina di tornasole diventa BLU.
Il cloro, invece, giunto all'elettrodo positivo, si libera come cloro gassoso mentre una parte di esso reagisce con l'acqua formando cloro, acido cloridrico e acido ipocloroso: 2Cl- + H2O → HCl + HOCl + 2e-. La cartina di tornasole diventa ROSSA.
Dunque si crea una soluzione acida all'elettrodo positivo, ed una soluzione alcalina all'elettrodo negativo. E' quello che si vede immergendo la cartina di tornasole.
Cos'è la corrente nelle soluzioni acquose? Mentre nei conduttori metallici la corrente è costituita da un flusso di elettroni che si muovono tutti nello stesso senso, nelle soluzioni acquose degli elettroliti la corrente elettrica è costituita da due correnti opposte di ioni, positivi e negativi che trasportano le loro cariche al catodo ed all'anodo.
La corrente, qui, non è data dagli elettroni, ma dagli ioni presenti in soluzione.
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