3A - Elettrochimica

L’elettrolisi è un procedimento col quale si ottengono trasformazioni chimiche attraverso la corrente elettrica.
Gli elettroliti sono sostanze che si dissociano in ioni, come accade al sale da cucina che si scioglie nell'acqua. Per realizzare l'elettrolisi si collegano ai poli + e - di un generatore di corrente continua (una pila) due bastoncini di grafite (chimicamente inerte, altrimenti avvengono reazioni chimiche tra essi e le specie atomiche presenti in soluzione.) che costituiscono gli elettrodi, che vengono immersi in una soluzione. Quando il generatore entra in funzione, si stabilisce una differenza di potenziale tra i due elettrodi e gli ioni cominciano a muoversi facendo circolare corrente nella soluzione.
L’elettrodo positivo viene spesso chiamato anodo e quello negativo catodo.
L’elettrodo - attirerà gli ioni +, cedendo loro elettroni, e quello + attirerà gli ioni -, acquistando da questi elettroni.

Anodo e catodo, elettrolita ed elettrolisi sono termini introdotti da Faraday nel 19° secolo.

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 edall'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?).
NaCl è 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.

L’acqua pura è una cattiva conduttrice di corrente elettrica, ma quando in essa sciogliamo un elettrolita come NaCl  è in grado di condurre la corrente elettrica.
Prendiamo una cella elettrolitica (un bicchiere di vetro con alloggiamenti per le barrette di grafite o metallo) e aggiungiamo acqua con 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.
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.

Galvanostegia
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. Come già detto, 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.

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