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.
http://bredainrete.blogspot.it/2014/03/depositi-e-altro.html
http://bredainrete.blogspot.it/2013/05/esperimenti-con-lelettricita.html
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giovedì 14 aprile 2016
domenica 20 marzo 2016
3A- Circuiti e loro rappresentazione
Circuito aperto (NON passa corrente):
Circuito chiuso (passa corrente):
La corrente (o intensità di corrente) è una grandezza fisica che si misura in Ampere (A). Abbiamo detto che sono cariche in movimento nei fili di rame che collegano le varie parti del circuito.
Ma quali cariche?
La spiegazione che riportiamo è adattata dalla pagina www.arrigoamadori.com.
I portatori di carica in un metallo (i fili conduttori del circuito sono di rame) sono gli elettroni esterni degli atomi: questi elettroni sono liberi di muoversi da un atomo all’altro.
Invece gli ioni positivi occupano i nodi del reticolo cristallino e possono compiere piccole oscillazioni intorno alla posizione di equilibrio.
Gli elettroni si muovono da punti a potenziale minore, verso punti a potenziale maggiore, in verso contrario al campo elettrico (dal – al +). Per convenzione invece il verso della corrente è quello dal + al – , come se fossero cariche positive a spostarsi. Questo perchè quando si cominciò a studiare le correnti non si conosceva ancora l’esistenza dell’elettrone!
Com'è fatto un atomo di rame (simbolo Cu, numero atomico Z=29)?
28 elettroni sono nelle loro orbite intorno al nucleo, al quale sono legati, mentre il ventinovesimo elettrone, il più esterno, è meno legato e può staccarsi.
Chiamo Cu+ l'atomo senza il 29° elettrone, che indico con y e rappresento la situazione:
Gli elettroni esterni si muovono liberamente mentre gli ioni positivi sono bloccati. Questo è ciò che avviene normalmente nei metalli.
Come si muovono questi elettroni ? In modo disordinato.
Se alle estremità del filo di rame mettiamo delle cariche elettriche stabili di segno opposto, per esempio collegandolo ad una batteria, gli elettroni liberi tenderanno a muoversi nella stessa direzione. Gli elettroni tenderanno a spostarsi verso la carica positiva che abbiamo introdotto. Ciò che avviene nel filo è paragonabile ad un gregge di pecore (gli elettroni). Le singole pecore, brucando, possono muoversi in modo disordinato ma complessivamente si sposta lungo un pascolo in una certa direzione. Abbiamo dunque una corrente elettrica, ovvero un moto orientato di particelle cariche verso il polo positivo, essendo gli elettroni negativi che si spostano verso il polo positivo.
Graficamente:
Simboli
TIPI DI COLLEGAMENTO
Collegamento in serie
Passiamo dal disegno allo schema:
Vediamo cosa succede quando svitiamo (o si danneggia) una delle due lampadine in serie:
Cosa fa la corrente?
Se nel mio circuito con le due lampadine in serie la batteria produce una corrente di 0,5 A, che misuro con l'amperometro A (indicato con A chiusa in un cerchio), in ogni punto del circuito la corrente è la stessa:
Collegamento in parallelo
Passiamo dal disegno allo schema:
Circuito chiuso (passa corrente):
La corrente (o intensità di corrente) è una grandezza fisica che si misura in Ampere (A). Abbiamo detto che sono cariche in movimento nei fili di rame che collegano le varie parti del circuito.
Ma quali cariche?
La spiegazione che riportiamo è adattata dalla pagina www.arrigoamadori.com.
I portatori di carica in un metallo (i fili conduttori del circuito sono di rame) sono gli elettroni esterni degli atomi: questi elettroni sono liberi di muoversi da un atomo all’altro.
Invece gli ioni positivi occupano i nodi del reticolo cristallino e possono compiere piccole oscillazioni intorno alla posizione di equilibrio.
Gli elettroni si muovono da punti a potenziale minore, verso punti a potenziale maggiore, in verso contrario al campo elettrico (dal – al +). Per convenzione invece il verso della corrente è quello dal + al – , come se fossero cariche positive a spostarsi. Questo perchè quando si cominciò a studiare le correnti non si conosceva ancora l’esistenza dell’elettrone!
Com'è fatto un atomo di rame (simbolo Cu, numero atomico Z=29)?
28 elettroni sono nelle loro orbite intorno al nucleo, al quale sono legati, mentre il ventinovesimo elettrone, il più esterno, è meno legato e può staccarsi.
Chiamo Cu+ l'atomo senza il 29° elettrone, che indico con y e rappresento la situazione:
Gli elettroni esterni si muovono liberamente mentre gli ioni positivi sono bloccati. Questo è ciò che avviene normalmente nei metalli.
Come si muovono questi elettroni ? In modo disordinato.
Se alle estremità del filo di rame mettiamo delle cariche elettriche stabili di segno opposto, per esempio collegandolo ad una batteria, gli elettroni liberi tenderanno a muoversi nella stessa direzione. Gli elettroni tenderanno a spostarsi verso la carica positiva che abbiamo introdotto. Ciò che avviene nel filo è paragonabile ad un gregge di pecore (gli elettroni). Le singole pecore, brucando, possono muoversi in modo disordinato ma complessivamente si sposta lungo un pascolo in una certa direzione. Abbiamo dunque una corrente elettrica, ovvero un moto orientato di particelle cariche verso il polo positivo, essendo gli elettroni negativi che si spostano verso il polo positivo.
Graficamente:
Simboli
TIPI DI COLLEGAMENTO
Collegamento in serie
Passiamo dal disegno allo schema:
Vediamo cosa succede quando svitiamo (o si danneggia) una delle due lampadine in serie:
Cosa fa la corrente?
Se nel mio circuito con le due lampadine in serie la batteria produce una corrente di 0,5 A, che misuro con l'amperometro A (indicato con A chiusa in un cerchio), in ogni punto del circuito la corrente è la stessa:
Collegamento in parallelo
Passiamo dal disegno allo schema:
Vediamo cosa succede quando svitiamo (o si danneggia) una delle due lampadine in parallelo:
Cosa fa la corrente?
Indico R1 ed R2 le due lampadine. vedo che la corrente si divide nei due rami del circuito.
sabato 19 marzo 2016
3A - Cariche, lampadine e circuiti 3: la legge di Ohm
Vai all'applet sulla legge di Ohm.
Chiudi l'interruttore blu trascinandolo con il mouse.
Procedi così:
1-fissa la resistenza R e poi varia la differenza di potenziale G (di solito noi la indichiamo con V; qui si usa G come generatore).
2- sull'amperometro leggi l'intensità di corrente che circola nel circuito.
Es. con R=10 ohm e G=5 volt, la corrente è 0,5 ampere.
Prepara una tabella con i valori di G in volt e la corrente I in ampere e costruisci il grafico.
Un altro link dove puoi, fissata la resistenza (osserva i colori: hanno un codice che ti permette di sapere il valore), variare la tensione; leggerai la corrente sull'amperometro: costruisci il grafico, anche con EXCEL, e fai le tue considerazioni.
R= costante (fissata da te)
V= tensione V variata da te (variabile indipendente, la scegli tu)
I= intensità della corrente (dipende dai valori di R e V, dunque variabile dipendente).
Chiudi l'interruttore blu trascinandolo con il mouse.
Procedi così:
1-fissa la resistenza R e poi varia la differenza di potenziale G (di solito noi la indichiamo con V; qui si usa G come generatore).
2- sull'amperometro leggi l'intensità di corrente che circola nel circuito.
Es. con R=10 ohm e G=5 volt, la corrente è 0,5 ampere.
Prepara una tabella con i valori di G in volt e la corrente I in ampere e costruisci il grafico.
Un altro link dove puoi, fissata la resistenza (osserva i colori: hanno un codice che ti permette di sapere il valore), variare la tensione; leggerai la corrente sull'amperometro: costruisci il grafico, anche con EXCEL, e fai le tue considerazioni.
R= costante (fissata da te)
V= tensione V variata da te (variabile indipendente, la scegli tu)
I= intensità della corrente (dipende dai valori di R e V, dunque variabile dipendente).
Buon lavoro! I risultati li discutiamo in classe.
3A - Cariche, lampadine e circuiti 2
Con Tecnica si stanno costruendo i circuiti elettrici con pile e lampadine a filamento. Vediamo, prima di studiare le grandezze fisiche in gioco, di capire cosa sono gli elementi del circuito.
La lampadina a filamento è una delle più importanti invenzioni della storia.
Fu brevettata da Thomas A. Edison nel 1879 (oggi per questioni di efficienza energetica sta andando in pensione). Una lampadina è costituita da un tratto di materiale conduttore (un filamento). Il materiale del filamento diventerà incandescente quando attraversato dalla corrente.
Il principio chiave che la lampadina sfrutta per funzionare è l’effetto Joule (o effetto termico della corrente), che prende il nome dallo scienziato inglese James Prescott Joule.
Una resistenza R, attraversato da una corrente di intensità i sviluppa una potenza P data dalla formula:
P = i^2 R.
L’energia elettrica si trasforma in altri tipi di energia: in particolare, nel caso della lampadina, in calore che innalza la temperatura del filamento. Osserva che se il filamento incandescente fosse in contatto con l’aria, reagirebbe con l’ossigeno presente in essa, iniziando a bruciare e distruggendo il circuito che costituisce la lampadina. Il filamento viene quindi posto nel vuoto(o in un gas inerte non in grado cioè di reagire con il combustibile): difatti, le lampadine sono circondate da dei bulbi di vetro all’interno dei quali è stato fatto il vuoto. Una lampadina può così durare per centinaia di ore, senza che il suo filamento si spezzi.
Così come la differenza di livello tra due liquidi è in grado di creare una
corrente del liquido, cioè un passaggio dal serbatoio di sinistra a quello di destra, è necessaria una differenza di potenziale elettrico per far
muovere le cariche.
La quantità di acqua che passa nel tubo nell’unità di tempo viene chiamata portata. In modo analogo si definisce intensità di corrente elettrica la quantità di cariche elettriche che transitano nella sezione di un conduttore nella unità di tempo, ovvero i = Q x t.
La differenza di livello esistente fra i due serbatoi genera una flusso del
liquido quando li colleghiamo con una conduttura. Questo
flusso tende ad annullare nel tempo il dislivello iniziale, finché il liquido non
scorre più raggiunte le condizioni di equilibrio (dislivello nullo, vedi figura 2). Per mantenere la corrente del liquido, occorre che sia ripristinato il dislivello,
compito svolto da una pompa idraulica (vedi figura 3).
In modo simile, la differenza di potenziale elettrico (o tensione) genera una
corrente elettrica. Man mano che fluisce, la corrente tende ad annullare la
differenza di potenziale iniziale, a meno che non intervenga un componente con
compito analogo a quello della pompa idraulica.
Tale compito è svolto da un generatore di tensione elettrico, un dispositivo che consente di mantenere ai suoi capi una differenza di potenziale costante e quindi un flusso di corrente all’interno del circuito.
La resistenza idraulica indica la difficoltà che incontra il liquido al suo passaggio nella tubazione, ad esempio dovuta ad una strozzatura. Questa resistenza idraulica può dipendere da differenti fattori: viscosità del liquido, curve nelle tubazioni, altri ostacoli presenti nelle condutture. Nel caso elettrico, la resistenza rappresenta, in modo analogo al caso idraulico, l'ostacolo che la corrente incontra al suo passaggio nel conduttore.
Gli elettroni, infatti, non scorrono del tutto liberamente nei conduttori ma incontrano una certa resistenza. Questa resistenza elettrica dipende dal tipo di materiale di cui è fatto il conduttore (gli elettroni sono particelle dotate di carica elettrica, che si muovono in uno spazio che contiene altre particelle dotate di carica elettrica con cui interagiscono più o meno fortemente secondo la natura del conduttore) e dipende inoltre dalla geometria del conduttore (la sua sezione: cavi sottili hanno una resistenza maggiore di cavi grossi; la sua lunghezza: cavi lunghi hanno una resistenza maggiore di cavi corti). Il simbolo della resistenza elettrica è R e la sua unità di misura è l'Ohm (Ω).
Ecco un circuito semplice:
La resistenza R rappresenta l'utilizzatore (nel nostro caso una piccola lampadina), la batteria è indicata con V (tensione o voltaggio o differenza di potenziale, misurata in volt - simbolo V), la corrente è indicata con I (intensità di corrente, misurata in ampere A). Abbiamo omesso l'interruttore.
Il circuito del disegno è chiuso, cioè in esso circola corrente. Cosa accade in un circuito? Le cariche (rappresentate dal signor Coulomb) si riforniscono di energia elettrica nella batteria (fintanto che questa è carica), l'energia viene ceduta e trasformata in luce e calore nella lampadina. Poi la singola carica elettrica - il nostro signor Coulomb - ritorna alla batteria per un nuovo rifornimento: la carica non varia (si conserva), l'energia viene trasformata.
Da dove arriva la corrente che usiamo a casa e a scuola? Non da una pila, ma dalla centrale!
Nel Sistema Internazionale SI, la carica elettrica si misura in coulomb (simbolo C), e la corrente elettrica in Ampère (simbolo A). Nei circuiti elettrici vale la legge di Ohm, che mette in relazione le tre grandezze elettriche fondamentali: l'intensità di corrente elettrica, la tensione e la resistenza.
La studieremo la prossima volta.
La lampadina a filamento è una delle più importanti invenzioni della storia.
Fu brevettata da Thomas A. Edison nel 1879 (oggi per questioni di efficienza energetica sta andando in pensione). Una lampadina è costituita da un tratto di materiale conduttore (un filamento). Il materiale del filamento diventerà incandescente quando attraversato dalla corrente.
Il principio chiave che la lampadina sfrutta per funzionare è l’effetto Joule (o effetto termico della corrente), che prende il nome dallo scienziato inglese James Prescott Joule.
Una resistenza R, attraversato da una corrente di intensità i sviluppa una potenza P data dalla formula:
P = i^2 R.
L’energia elettrica si trasforma in altri tipi di energia: in particolare, nel caso della lampadina, in calore che innalza la temperatura del filamento. Osserva che se il filamento incandescente fosse in contatto con l’aria, reagirebbe con l’ossigeno presente in essa, iniziando a bruciare e distruggendo il circuito che costituisce la lampadina. Il filamento viene quindi posto nel vuoto(o in un gas inerte non in grado cioè di reagire con il combustibile): difatti, le lampadine sono circondate da dei bulbi di vetro all’interno dei quali è stato fatto il vuoto. Una lampadina può così durare per centinaia di ore, senza che il suo filamento si spezzi.
Schema di una lampada a incandescenza: 1) Bulbo di vetro 2) Gas inerte 3) Filamento di tungsteno 4) Filo di andata 5) Filo di ritorno 6) Supporto del filamento 7) Supporto della lampada 8) Contatto con la base 9) Base a vite 10) Isolante 11) Contatto sulla base
(immagine da Wikipedia, pubblico dominio https://it.wikipedia.org/wiki/Lampada_a_incandescenza#/media/File:Incandescent_light_bulb.svg )
L’invenzione della pila elettrica è dovuta allo scienziato italiano Alessandro Volta, che ne costruì il primo esemplare nel 1799. Il suo nome è dovuto alla forma della prima pila: una serie di dischi di materiali conduttori (rame e zinco) inframmezzati da feltri imbevuti di semplice acqua salata, e impilati l’uno sopra l’altro.
Il rame si troverà a un potenziale elettrico più alto dell’alluminio, dando luogo a una cella elettrochimica (impilando tante celle si ottiene quella che appunto venne chiamata "pila"). Se i due metalli vengono quindi messi in contatto attraverso un filo conduttore si genera una corrente elettrica.
Ma come la pila produce una corrente? Cerchiamo di capirlo con un modello idraulico.
Lo studio di un circuito elettrico, ovvero delle proprietà relative alla corrente elettrica che vi fluisce ed ai componenti del circuito (conduttori, resistenze, interruttori, generatori etc.) può essere paragonato, con le dovute differenze, allo studio di un circuito idraulico, cioè al flusso di un fluido attraverso condutture.
Consideriamo due serbatoi contenenti un liquido collegati
tramite un tubo (vedi figura 1). |
| Figura 1 |
La quantità di acqua che passa nel tubo nell’unità di tempo viene chiamata portata. In modo analogo si definisce intensità di corrente elettrica la quantità di cariche elettriche che transitano nella sezione di un conduttore nella unità di tempo, ovvero i = Q x t.
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| Figura 2 |
 |
| Figura 3 |
Tale compito è svolto da un generatore di tensione elettrico, un dispositivo che consente di mantenere ai suoi capi una differenza di potenziale costante e quindi un flusso di corrente all’interno del circuito.
La resistenza idraulica indica la difficoltà che incontra il liquido al suo passaggio nella tubazione, ad esempio dovuta ad una strozzatura. Questa resistenza idraulica può dipendere da differenti fattori: viscosità del liquido, curve nelle tubazioni, altri ostacoli presenti nelle condutture. Nel caso elettrico, la resistenza rappresenta, in modo analogo al caso idraulico, l'ostacolo che la corrente incontra al suo passaggio nel conduttore.
Gli elettroni, infatti, non scorrono del tutto liberamente nei conduttori ma incontrano una certa resistenza. Questa resistenza elettrica dipende dal tipo di materiale di cui è fatto il conduttore (gli elettroni sono particelle dotate di carica elettrica, che si muovono in uno spazio che contiene altre particelle dotate di carica elettrica con cui interagiscono più o meno fortemente secondo la natura del conduttore) e dipende inoltre dalla geometria del conduttore (la sua sezione: cavi sottili hanno una resistenza maggiore di cavi grossi; la sua lunghezza: cavi lunghi hanno una resistenza maggiore di cavi corti). Il simbolo della resistenza elettrica è R e la sua unità di misura è l'Ohm (Ω).
Ecco un circuito semplice:
 |
| Il circuito semplice: batteria, resistenza, fili conduttori |
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| Circuito semplice: la resistenza R è qui rappresentata dalla lampadina; la corrente I dagli elettroni (nel disegno uno di essi, che chiamiamo il signor Coulomb: riempie il suo sacco dell'energia nella pila, e cede quest'energia alla lampadina) |
Il circuito del disegno è chiuso, cioè in esso circola corrente. Cosa accade in un circuito? Le cariche (rappresentate dal signor Coulomb) si riforniscono di energia elettrica nella batteria (fintanto che questa è carica), l'energia viene ceduta e trasformata in luce e calore nella lampadina. Poi la singola carica elettrica - il nostro signor Coulomb - ritorna alla batteria per un nuovo rifornimento: la carica non varia (si conserva), l'energia viene trasformata.
Da dove arriva la corrente che usiamo a casa e a scuola? Non da una pila, ma dalla centrale!
Nel Sistema Internazionale SI, la carica elettrica si misura in coulomb (simbolo C), e la corrente elettrica in Ampère (simbolo A). Nei circuiti elettrici vale la legge di Ohm, che mette in relazione le tre grandezze elettriche fondamentali: l'intensità di corrente elettrica, la tensione e la resistenza.
La studieremo la prossima volta.
mercoledì 14 maggio 2014
martedì 25 marzo 2014
Depositi e altro
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.
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).
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 +.
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.
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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