Legge di Faraday: quando passa 1 F (96500 C), passa una mole di elettroni che riducono una quantità propozionale di sostanta: Ag+/Ag 1 F produce una mole.

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1 Legge di Faraday: quando passa 1 F (96500 C), passa una mole di elettroni che riducono una quantità propozionale di sostanta: Ag+/Ag 1 F produce una mole di Ag. Cu++/Cu, 1F mezza mole di Cu++. Per ridurre una mole di Cu++ occorrono 2F. I = intensità di corrente in Ampere 1 A=1 Coulomb/sec

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4 Lo ione Na+ non può ridursi a sodio metallico in presenza di acqua, perché, sulla base del confronto dei potenziali, la riduzione dell’acqua prevale formando idrogeno, analogamente si comporta lo ione Mg2+ che non può ridursi a magnesio per la stessa competizione. Entrambi i metalli sono preparati industrialmente per elettrolisi di sali fusi in assenza di acqua. Ricordare che i sali fusi sono in grado di condurre la corrente, data la mobilità degli ioni in fase liquida.

5 ELETTROLISI DI SALI FUSI
Catodo (riduzione): Na+ + e- = Na   Anodo (ossidazione): 2 Cl- = Cl2 + 2 e- Se una mole di elettroni (96485 C o 1 Faraday) passa dall’anodo al catodo, una mole of Na (23 g) si depositerà, e mezza mole di gas Cl2 si raccoglierà all’anodo. Se la corrente è 1.0 A, la velocità alla quale Na si deposita al catodo sarà 1.0E-5 (= 1/96485) mol (o 0.24 mg) al secondo. Occorrono secondi (o 26.8 ore) per depositare una mole (23 g) di sodio metallico.

6 AgCl s  Ag + + Cl-

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9 Gli accumulatori o celle secondarie funzionano alternativamente da pile e da celle elettrolitiche.

10 Accumulatore al piombo- batteria delle automobili
Quando funziona da pila, in scarica quindi, la batteria forma ad entrambi gli elettrodi PbSO4. Ogni elemento dell’accumulatore produce una fem di 2.04 V. L’elettrolisi, ricarica voluta cioè riformazione di Pb e PbO2, avviene a circa 2.2 V. Durante la ricarica, non si verifica l’elettrolisi dell’acqua, perché sui materiali elettrodici impiegati essa avviene a 2.2 V e non a 1.23 V , a causa di sovratensioni cinetiche di idrogeno e ossigeno dovute al loro adsorbimento sugli elettrodi, legame fisico simile al fenomeno descritto per i catalizzatori eterogenei. La sovratensione vale circa 1 V, e serve per vincere l’interazione di H2 e O2 con gli elettrodi.

11 UN ESEMPIO DI “PILA NATURALE”, OGNI GOCCIA E’ UNA PILA.
La corrosione è un processo di degradazione a cui sono soggetti i metalli puri = ossidazione indesiderata. Azione dell’ossigeno in presenza di umidità. E° Fe++/Fe = V E H3O+/H2(a pH = 7) = V troppo debole E O2/H2O (a pH = 7) = V UN ESEMPIO DI “PILA NATURALE”, OGNI GOCCIA E’ UNA PILA. Fe(s) -> + Fe2+(aq) + 2e- O2(g) + 2H2O(l) + 4e- -> 4OH-(aq) Fe2+(aq) + 2OH-(aq) -> Fe(OH)2(s) 4Fe(OH)2(s) + O2(g) -> 2Fe2O3 •H2O(s) + 2H2O(l) E°Fe++/Fe+++ = 0.77 V

12 E’ l’ossigeno e non l’acqua a corrodere, in assenza di ossigeno non c’è corrosione

13 Protezione dalla corrosione:
Per arrestare la corrosione si può inibire il processo catodico o quello anodico. L'inibizione anodica consiste nel proteggere la superficie del metallo verniciandolo o creandovi un sottile strato di ossido compatto e quindi impermeabile all'acqua e all'ossigeno. Passivazione: è' un fenomeno molto importante nella corrosione atmosferica delle strutture metalliche per cui un metallo "attivo", cioè un metallo che tende spontanemente (termodinamica) ad ossidarsi, forma uno strato di composto ossidato sigillante che isola il metallo sottostante dal reagente impedendo, così, la continuazione della reazione di ossidazione (cinetica). L'inibizione catodica consiste nell'obbligare il metallo a fungere da catodo e si realizza associandolo ad un altro metallo più facilmente ossidabile, per esempio magnesio o zinco (anodo sacrificale). Il rivestimento di zinco che si passiva è definito zincatura).

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15 La scoperta dell'acciaio inossidabile si deve all'inglese Harry Brearly di Sheffield: nel 1913, sperimentando acciai per canne di armi da fuoco, scoprì che un suo provino di acciaio con il 13-14% di cromo e con un tenore di carbonio relativamente alto (0,25%) non arrugginiva quando era esposto all'atmosfera. Successivamente questa proprietà venne spiegata con la passivazione del cromo, che forma sulla superficie una pellicola di ossido estremamente sottile, continua e stabile. I successivi progressi della metallurgia fra gli anni '40 e '60 hanno ampliato il loro sviluppo e le loro applicazioni. Tuttora vengono perfezionati e adattati alle richieste dei vari settori industriali, come il petrolifero/petrolchimico, minerario, energetico, nucleare ed alimentare. Tipi di acciaio inossidabile Il termine acciaio inossidabile (o inox) indica genericamente gli acciai ad alta lega contenenti cromo, generalmente in quantità fra l'11 ed il 30%. Altri leganti che aumentano la resistenza alla corrosione sono nichel, molibdeno, rame, titanio e niobio in ogni caso, perché si possa parlare propriamente di acciaio, il totale degli elementi leganti non deve superare il 50%. I componenti questa famiglia di acciai sono classificati secondo la loro struttura microcristallina che deriva dalla loro diversa composizione chimica.

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18 Combustione del metano
CH4 + 2O2 = CO H2O + calore Combustione dell’etilene H2C                 CH O2  CO H2O + calore L’etilene brucia con una fiamma fuligginosa perchè ha un alto contenuto di carbone

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20 The Hall process can be oversimplified by these reactions,
Al e = Al Cathode C(s) + 2 O2- = CO2 + 4 e Anode How many Faradays and how many coulombs must be passed through a molten mixture of Al2O3 and Na3AlF6 to produce 1 Kg of Al metal? The reactions are unrealistic because the ions containing Al are not bare Al3+ ions. However, we use the simplified reaction for stoichiometry relationships only. Solution Study the following conversion method to get from 1 Kg of Al to number of Faradays and coulombs. Note that values in the numerators are equivalent to those in the denominators in the factors. 1000 g 1 mol 3 F(araday) 1 kg Al Kg g 1 mol Al  C = 111 M M  = 1.1e7 C. Producing Al is an expensive process.

21 The Hall process can be oversimplified by these reactions,
Al e = Al Cathode C(s) + 2 O2- = CO2 + 4 e Anode How many Faradays and how many coulombs must be passed through a molten mixture of Al2O3 and Na3AlF6 to produce 1 Kg of Al metal? The reactions are unrealistic because the ions containing Al are not bare Al3+ ions. However, we use the simplified reaction for stoichiometry relationships only. Solution Study the following conversion method to get from 1 Kg of Al to number of Faradays and coulombs. Note that values in the numerators are equivalent to those in the denominators in the factors. 1000 g 1 mol 3 F(araday) 1 kg Al 1 Kg g 1 mol Al 96485 C = 111 M 1 M = 1.1e7 C. Producing Al is an expensive process.

22 Thirty minutes (30 m) of electrolysis of a solution of CuSO4 produced g Cu at the cathode. How many Faradays and how many Coulombs passed through the cell? What is the current? Solution Using the same method as indicated above, you have 1 mol 2 F 3.175 g Cu (At.wt. Cu = 63.5) 63.5 g 1 mol Cu 96485 C = M 1 M = C To calculate the current, you divide the charge (C) by the time period (sec). I = 9650 C/(30*60 sec.) = 5.36 A.

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