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© Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas CAPITOLO 21 1 Indice 1.Lelettrochimica e i suoi processiLelettrochimica e i suoi processi 2.Celle galvaniche.

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1 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas CAPITOLO 21 1 Indice 1.Lelettrochimica e i suoi processiLelettrochimica e i suoi processi 2.Celle galvaniche o pileCelle galvaniche o pile 3.Potenziale standard di una semicellaPotenziale standard di una semicella 4.La scala dei potenziali standard di riduzioneLa scala dei potenziali standard di riduzione 5.Forza elettromotrice ed energia liberaForza elettromotrice ed energia libera 6.La corrosioneLa corrosione 7.ElettrolisiElettrolisi 8.ElettrodeposizioneElettrodeposizione 9.Studio quantitativo sullelettrolisiStudio quantitativo sullelettrolisi Mappa concettuale: Celle elettrochimiche

2 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 2 CAPITOLO 21. ELETTROCHIMICA 1 La parte della chimica che studia le celle galvaniche, che producono energia elettrica, e le celle elettrochimiche, che per funzionare necessitano di una fonte esterna di energia, prende il nome di elettrochimica. Lelettrochimica e i suoi processi

3 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 3 2 Le pile sono dispositivi in cui lenergia chimica di una reazione di ossido-riduzione spontanea è convertita in energia elettrica. Celle galvaniche o pile La pila Daniell è un dispositivo costituito da: - una lamina di zinco immersa in un becher che contiene una soluzione di solfato di zinco (1M); CAPITOLO 21. ELETTROCHIMICA - una lamina di rame immersa in un altro becher contenente una soluzione di solfato di rame (II); - un filo metallico, in cui si muovono gli elettroni ceduti dallo zinco, collega le due lamine; - un ponte salino, attraverso il quale migrano gli ioni per chiudere il circuito, mette in contatto le due soluzioni; - un voltmetro inserito nel circuito. La pila di Daniell è costituita da una semicella a zinco e da una semicella a rame. Le due semicelle sono collegate elettricamente mediante un ponte salino.

4 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 4 2 Quando si chiude il circuito nella pila Daniell si verifica passaggio di corrente. Celle galvaniche o pile La pila Daniell è un esempio di cella galvanica costituita da due semicelle connesse elettricamente. CAPITOLO 21. ELETTROCHIMICA In una semicella si verifica la semireazione di ossidazione, mentre nellaltra la semireazione di riduzione. Ogni lamina metallica in una semicella è detta elettrodo.

5 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 5 2 Celle galvaniche o pile CAPITOLO 21. ELETTROCHIMICA In una pila tra le due semicelle esiste una differenza di potenziale elettrico che permette il flusso spontaneo degli elettroni dallanodo al catodo. Lelettrodo dove si verifica lossidazione costituisce lanodo della pila e corrisponde al polo negativo ( ). Lelettrodo dove si verifica la riduzione costituisce il catodo della pila e corrisponde al polo positivo (+). La differenza di potenziale è chiamata forza elettromotrice (FEM) o potenziale di cella ed è misurata in V (volt). FEM = E catodo E anodo La FEM della pila Danielle è 1,10 V.

6 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 6 3 Potenziale standard di una semicella CAPITOLO 21. ELETTROCHIMICA Per conoscere il potenziale di una singola semicella si ricorre ad un elettrodo standard come confronto, un elettrodo standard a idrogeno. Schema di una semicella standard a idrogeno (elettrodo a idrogeno). Lelettrodo di platino non prende parte ai processi redox e serve a trasferire gli elettroni. Allelettrodo a idrogeno si assegna per convenzione potenziale uguale a zero. E° H + (1M) / H 2 (g, 1bar) = 0,00 V

7 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 7 4 La scala dei potenziali standard di riduzione Secondo la IUPAC i potenziali elettrodici sono riferiti alle semireazioni scritte come riduzioni. Utilizzando soluzioni 1 M alla temperatura di 25 °C essi prendono il nome di potenziali standard di riduzione. I valori dei potenziali standard di riduzione permettono di prevedere se una reazione è spontanea. CAPITOLO 21. ELETTROCHIMICA la forma ossidata di una coppia può ossidare la forma ridotta di unaltra coppia con potenziale di riduzione minore.

8 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 8 5 Forza elettromotrice ed energia libera In condizioni standard, la relazione tra forza elettromotrice ( E°) e variazione di energia libera ( G°) è data da: G° = n F E° Un valore negativo di G° o un valore positivo di E° indicano una reazione spontanea. CAPITOLO 21. ELETTROCHIMICA

9 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 9 6 La corrosione La corrosione del ferro è un processo di ossido-riduzione in cui sono coinvolti sia lossigeno che lumidità. CAPITOLO 21. ELETTROCHIMICA Per corrosione sintende il deterioramento dei metalli in seguito a reazioni chimiche con lambiente. Un metodo di protezione dalla corrosione è detto ad anodo sacrificale. Consiste nel collegare la struttura in ferro da proteggere con blocchi di magnesio o di zinco. Questo metodo di protezione è anche chiamato protezione catodica. Processo di corrosione del ferro.

10 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 10 7 Elettrolisi Consideriamo lelettrolisi di NaCl fuso. CAPITOLO 21. ELETTROCHIMICA Per elettrolisi sintende il processo con cui lenergia elettrica fornita da una sorgente esterna provoca una reazione chimica. Elettrodi di grafite Cloruro di sodio fuso NaCl Generatore di corrente continua Sodio (Na) Massa fusa Cloro (Cl 2 ) Particolare del processo elettrolitico.

11 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 11 7 Elettrolisi ( ) Catodo, riduzione 2 Na e 2 Na CAPITOLO 21. ELETTROCHIMICA Agli elettrodi si verificano le seguenti reazioni: (+) Anodo, ossidazione 2 Cl Cl e reazione netta 2 Na Cl 2 Na + Cl 2

12 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 12 8 Elettrodeposizione Lelettrodeposizione è il processo con cui si applica uno strato sottile di cromo, di nichel o di rame su un oggetto di acciaio, che costituisce il catodo di una cella elettrolitica, per migliorarne la resistenza alla corrosione. CAPITOLO 21. ELETTROCHIMICA La lamina di rame e la moneta sono immerse in una soluzione di CuSO 4 con 2-3 mL di H 2 SO 4 conc. Fornendo corrente elettrica continua, allanodo di rame si verifica ossidazione, al catodo di acciaio la riduzione.

13 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 13 9 Studio quantitativo sullelettrolisi Tra la quantità di prodotto ottenuto ad un elettrodo e la quantità di elettricità che passa in una cella elettrolitica esiste una relazione dovuta a Faraday che si può così esprimere: La quantità di elettricità (Q) è misurata in coulomb (C). Quantità di elettricità (Q) = corrente in ampere (A) tempo in secondi (s) CAPITOLO 21. ELETTROCHIMICA La quantità di prodotto che si ottiene ad un elettrodo di una cella elettrolitica dipende dal numero di elettroni che passano attraverso la cella, cioè dalla quantità di elettricità che fluisce. La quantità di elettricità trasportata da 1 mole di elettroni è detta faraday (F) e corrisponde a 9, C (coulomb)

14 © Paolo Pistarà © Istituto Italiano Edizioni Atlas 14 Mappa concettuale: Celle elettrochimiche CAPITOLO 20. LE REAZIONI DI OSSIDO-RIDUZIONE CELLE ELETTROCHIMICHE P ILA ( CELLA GALVANICA ) Si verifica una reazione redox spontanea È costituita da due semicelle collegate con un ponte salino Lenergia chimica della reazione si converte in energia elettrica Anodo sede dellossidazione polo - Catodo sede della riduzione polo + C ELLA ELETTROLITICA Si verifica una reazione redox non spontanea È costituita da una sola cella Lenergia elettrica fornita, da una sorgente esterna, provoca una reazione chimica Anodo sede dellossidazione polo + Catodo sede della riduzione polo -


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