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Zinco 2+; gli elettroni percorrono il filo elettrico e arrivano all’elettrodo di rame qui gli ioni rame

urtano la superficie del metallo e acquisiscono gli elettroni, che si depositano sull’elettrodo come

rame metallico.

Nel tempo si vedrà quindi l’elettrodo di zinco che si assottiglia e l’elettrodo di rame che si ispessisce

(deposito di rame alla superficie).

Nella soluzione di solfato di zinco, se prima avevamo lo stesso numero di ioni solfato e di ioni zinco,

man mano che ioni zinco passano in soluzione, abbiamo un eccesso di cariche positive, cosa che

blocca la reazione la reazione proceda è necessaria una condizione di elettroneutralità →

→perché

gli ioni del ponte salino hanno proprio questa funzione: migrando, gli ioni cloruro nella soluzione

di solfato di zinco, e gli ioni potassio nell’altra, fanno sì che la somma delle cariche elettriche sia

sempre pari a 0.

abbiamo, così, costruito la pila, la quale è costituita da due contenitori chiamati semicelle, e sono

i luoghi dove avvengono le due semireazioni la semicella dove avviene la riduzione si chiama

catodo, quella dove avviene l’ossidazione si chiama anodo. Nel caso delle pile, il catodo corrisponde

al polo + e l’anodo al -.

Lo strumento che misura quello che avviene è il voltmetro; a seconda delle specie inserite nelle due

semicelle, misureremo una differenza di potenziale diversa.

La differenza di potenziale, o voltaggio, si chiama anche forza elettromotrice, poiché è essa che

induce il movimento degli elettroni. Il termine “differenza di potenziale” ci fa capire che maggiore è

la differenza del potenziale di ogni sostanza, quindi della capacità di ogni sostanza di ridursi o di

ossidarsi, maggiore sarà il voltaggio che otteniamo (maggiore sarà la corrente elettrica). Il termine

“potenziale” quindi indica proprio “capacità” e lo possiamo esprimere come “potenziale di

riduzione” o “potenziale di ossidazione” sono INVERSAMENTE PROPORZIONALI per avere

→ →

un buon voltaggio, dobbiamo mettere assieme una sostanza che ha un alto potenziale di riduzione

con una

che ha un basso potenziale a ridursi, cioè un alto potenziale di ossidazione.

I valori di potenziale standard (E°)

Se voglio costruire una pila mi serve avere una misura di questo potenziale, ma è un po’ complicato

da ottenere, perché dipende da due variabili: il potenziale della specie del catodo e il potenziale

della specie dell’anodo quello che si fa è fissare uno dei due, cioè scegliere un elettrodo di

riferimento. Se io tengo fisso, ad esempio, il rame, aggiungendo ad esso materiali diversi, misurerò

voltaggi differenti tenendo fisso il rame, avremo una misura dei potenziali di riduzione di altre

sostanze e potremo quindi costruire diversi tipi di pile.

L’elettrodo di riferimento usato più di tutti è l’elettrodo di idrogeno: è una semicella che sfrutta la

semireazione:

Se vogliamo costruire una cella, non si può fare come sopra descritto, perché la specie ridotta non è

un metallo, ma un gas: dobbiamo aggiustare la geometria in modo tale da permettere il contatto tra

H+ e H2 facciamo entrare il gas, lo facciamo venire in intimo contatto con la soluzione (che è

acida perché contiene ioni H+) facendolo flussare dentro alla soluzione. Poi abbiamo bisogno di un

elettrodo per lo scambio di elettroni: in questo caso utilizziamo un elettrodo inerte, cioè un metallo

che non partecipa alla reazione, come il Platino il gas va dentro alla soluzione, incontra gli ioni

H+ e lo scambio di elettroni però avviene all’interno dell’elettrodo: gli elettroni vengono ceduti

all’elettrodo e passano.

L’idrogeno è un elettrodo di riferimento utile e utilizzato in maniera universale perché ha una

capacità di ossidarsi e ridursi intermedia: questo è importante perché, per poter misurare un

potenziale, devo aver una differenza di potenziale avendo una specie intermedia posso misurare

i potenziali sia delle sostanze con alto potenziale a ridursi, sia delle sostanze con basso potenziale a

ridursi.

Si possono avere due casi: un caso in cui nell’altra semicella c’è una sostanza con un’alta tendenza

ad ossidarsi (come lo Zinco)→ l’idrogeno si riduce; o potremmo avere una semicella con una

sostanza fortemente propensa a ridursi l’idrogeno si ossida.

A seconda del flusso di elettroni, i potenziali di riferimento saranno positivi o negativi; c’è un

potenziale 0, che è quello dell’idrogeno se mettiamo idrogeno nelle due celle, non succede nulla:

il potenziale è 0 e la pila non funziona.

Questi valori si definiscono “standard” perché per avere dei valori precisi bisogna fissare due (a

volte tre) cose:

la temperatura (normalmente si sceglie la temperatura ambiente = 25°C)

● le concentrazioni: il potenziale dipende anche da esse (se prendiamo una pila, dopo un po’

● si scarica perché la reazione avviene, i reagenti diminuiscono la loro concentrazione e il

potenziale diminuisce per avere un potenziale fissiamo le concentrazioni standard, pari a

1M, o le pressioni standard nel caso dei gas, pari a 1 atm)

Nel caso di reazioni di ossidoriduzione in cui si ha un effetto del pH (che avvengono in ambiente

acido o basico), bisogna tener conto anche del pH, perché a seconda di esso si hanno reazioni anche

diverse.

Un’altra cosa di cui bisogna tener conto è che, soprattutto nei metalli di transizione, abbiamo

diversi potenziali, perché ci sono tanti numeri di ossidazioni (attenzione alla coppia che si

considera).

I potenziali di riduzione hanno tanti usi: ci dicono qual è la reattività delle sostanze, ci dicono se

una determinata semireazione che costruiamo associando due specie diverse avviene o non avviene

e ci permettono di calcolare la differenza di potenziale che possiamo ottenere costruendo una pila:

prendiamo i due potenziali di riduzione standard e facciamo la differenza in questo modo

otteniamo il potenziale della pila.

Per questo tipo di reazioni, i potenziali di riduzione sono dei valori che possiamo utilizzare per

valutare la spontaneità di una reazione.

il potenziale di cella rappresenta una reazione spontanea se ha il segno positivo e viceversa

(somma algebrica dei potenziali di semicella)

(quando il potenziale di una semireazione è maggiore di quello dell’altra, allora si riduce)

METALLI. Ci sono metalli che si corrodono nel tempo (come il Ferro), altri che rimangono come

tali (come l’Oro): questo avviene perché i metalli esposti all’atmosfera reagiscono con le diverse

sostanze presenti nell’aria, anche se le sostanze che influiscono di più sono l’ossigeno e l’acqua

(nella forma di ioni H+). Se vogliamo analizzare la stabilità di un metallo dobbiamo considerare

queste due semireazioni: quella dell’idrogeno, che ha potenziale 0, e quella dell’ossigeno, che passa

da 0 a -2 (l’ossigeno è un ossidante, infatti ha un alto potenziale di riduzione le sostanze che

hanno alto potenziale di riduzione sono sostanze che facilmente agiscono da ossidanti; e viceversa).

Se si modifica il pH, il potenziale dell’ossigeno cambia.

Sodio: è una sostanza che non troviamo in natura perché il potenziale è molto negativo (- 2.75 V); è

in grado di reagire con l’acqua per generare idrogeno.

Non tutti i metalli comunque hanno potenziali così negativi: per esempio il rame ha un potenziale =

0.342 V è un metallo che non reagisce con l’acqua, ma si ossida a contatto con essa, perché ha

potenziale inferiore rispetto all’ossigeno, con il quale, quindi, tende a diventare rame 2+.

Oro: ha un potenziale di + 1.50: ha un potenziale a ridursi anche maggiore dell’ossigeno; è un

metallo nobile, perché è inerte.

Il processo di corrosione

Per corrosione si intende un’ossidazione graduale di un manufatto metallico; è una reazione che

viene facilitata in ambiente umido, perché la presenza di acqua garantisce una mobilità degli ioni.

Esempio del ferro metallico, che passa in soluzione, prima come Ferro 2+, poi come Ferro 3+,

ossidandosi; l’ossigeno si riduce a ioni ossido. Il passaggio di elettroni dal ferro all’ossigeno avviene

attraverso il manufatto metallico, che media il passaggio di elettroni (sostanzialmente si crea

localmente una pila); gli ioni ossido poi reagiscono con ioni ferro depositandosi come ruggine

(ossido ferrico parzialmente idrato, quindi una via di mezzo tra ossido e idrossido). Essendo

localmente una pila, anche in questo caso abbiamo bisogno, perché la reazione proceda, di una

parità di cariche: se nella zona in cui avviene l’ossidazione del ferro 2+ si ha un eccesso di carica

positiva, la reazione rallenta, perché abbiamo bisogno di avere sempre un’elettroneutralità nella

goccia d’acqua potrebbero esserci degli ioni disciolti che agiscono da ponte salino maggiore è la

quantità di questi ioni spettatori, maggiore è la velocità di questo processo. Questa è una delle

ragioni per cui la corrosione è accelerata in acqua marina, che ha quantità di ioni molto elevata.

Non tutti i metalli che hanno un potenziale negativo vanno incontro a corrosione: ce ne sono alcuni

che pur avendo potenziale negativo, resistono, sono inerti (es: Zinco, Alluminio) questi tipi di

metalli hanno processo simile a quello descritto per il ferro, con la differenza che, mentre la ruggine

è un solido che si sfoglia e quindi il metallo sottostante rimane sempre esposto all’ossigeno e

all’acqua, in questi metalli lo strato di ossido che si forma è uno strato compatto, che agisce da

copertura della superficie, proteggendo il metallo sottostante: questo processo prende il nome di

passivazione.

Celle a combustibile

Nelle celle a combustibile i reagenti vengono aggiunti continuamente durante la reazione.

Sono celle che vengono utilizzate sfruttando la semireazione:

questa reazione è fortemente spontanea; la si può

anche classificare come reazione di combustione: se

fatta avvenire normalmente produce calore e luce

(fiamma)

Se fatti reagire in un sistema, l’idrogeno si ossida e l’ossigeno si riduce; sono gli stessi ioni H+ che

migrano e agiscono da ponte salino, quindi non c’è bisogno di un sale aggiuntivo. Si ottiene

corrente elettrica.

Questo è il sistema che viene usato nelle macchine a idrogeno o nei sistemi ch

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A.A. 2023-2024
5 pagine
SSD Scienze chimiche CHIM/03 Chimica generale e inorganica

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher anita.maglio2004 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Chimica generale e inorganica e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Università degli studi di Torino o del prof Fenoglio Ivana.