Esperimenti con l'elettricità

Una volta a Sesto c’era lo stabilimento Falck Decapaggio. Cosa facevano lì?

Nell'immagine da GoogleMaps vedi la zona del Centro Commerciale Vulcano e l'ex decapaggio.

L'area dismessa avrà una nuova destinazione. 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.

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. Dopo la galvanostegia, l'oggetto deve essere lavato, per eliminare i residui del bagno galvanico. Noi abbiamo usato il solfato di rame che si separa in Cu++ e SO4--.

Elettrolisi con cloruro di sodio NaCl

L'altro esperimento di oggi era lo studio di quello che accade se nella cella elettrolitica (un bicchiere di vetro con alloggiamenti per le barrette di grafite o metallo) aggiungiamo all'acqua del cloruro di sodio NaCl.

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?
Qui, trascinando la batteria su NaCl e cliccando sul triangolino in basso, vedrai gli ioni Cl- andare all'elettrodo +, cedere un elettrone e sfuggire come cloro gassoso, mentre all'altro elettrodo si forma idrogeno gassoso. Anche Na+ va all'elettrodo negativo, ma non riesce a catturare gli elettroni (cosa che fa invece l'acqua). Si lega agli OH- per formare NaOH o idrossido di sodio.
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. 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-.

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.

Possiamo dire che gli ioni giungono a contatto con l'elettrodo di segno opposto e qui si neutralizzano: quelli positivi ricevono elettroni dal catodo (-) e quelli negativi cedono elettroni all'anodo (+). Dopo essere stati neutralizzati, queste particelle sono diventate degli atomi chimicamente attivi. Possono reagire con gli elettrodi o con l'acqua, o si liberano sotto forma di bollicine gassose.

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; un liquido può essere un conduttore se è capace di dissociarsi in ioni (lo zucchero è un elettrolita?).