Chimica generale e inorganica - l'elettrochimica

Capitolo 13: L'elettrochimica

L'elettrochimica è quella branca della chimica che si occupa di studiare le relazioni tra energia chimica ed elettrica. Essa ha evidenziato l’esistenza di reazioni chimiche nelle cosiddette celle elettrolitiche che non esisterebbero senza l’intervento di energia elettrica e viceversa nelle celle galvaniche o voltaiche. Tali reazioni interessano sempre ioni che trasportano elettroni.

All’interno delle celle avviene sempre un processo di elettrolisi inteso come una trasformazione non spontanea prodotta dalla corrente elettrica in una cella elettrolitica. Facciamo l’esempio della trasformazione del cloruro di sodio fuso in sodio metallico (fare il disegno della cella e scrivere le reazioni).

Struttura delle celle elettrolitiche

Nella cella sono immersi due elettrodi che devono essere inerti, cioè incapaci di interagire con la soluzione acquosa in cui sono immersi e tra di essi deve essere posto un generatore di corrente elettrica che preleverà elettroni da un elettrodo rendendolo positivo e li trasporterà all’altro rendendolo negativo. A questo punto avremo la riduzione del sodio sull’elettrodo negativo chiamato catodo e l’ossidazione all’anodo. Il flusso di corrente andrà in senso antiorario: nella parte esterna dall’anodo al catodo e nella parte interna dal catodo all’anodo.

Le leggi di Faraday

Applicate all’elettrochimica sono le due leggi di Faraday:

• La prima recita che la quantità di sostanza che si deposita agli elettrodi è proporzionale alla quantità di corrente che passa per il circuito.
• La seconda dice invece che facendo passare in un circuito composto da più celle elettrolitiche in serie una stessa quantità di energia elettrica, agli elettrodi si depositerà una quantità di sostanza proporzionale ai rispettivi pesi equivalenti.

(disegno)

Le celle galvaniche

Come già anticipato, il processo di trasformazione di energia chimica in elettrica avviene in celle galvaniche; vediamo in che modo: (scrivere reazioni)

Se il flusso di elettroni non è disordinato ma viene fatto passare dallo zinco al rame attraverso un circuito elettrico, il sistema si trasforma in cella galvanica e l’energia di una reazione chimica spontanea viene trasformata in energia elettrica. È questo il caso della pila Daniell (disegno).

Abbiamo detto che nelle celle galvaniche si produce energia elettrica partendo da reazioni chimiche spontanee (ΔG<0) e il lavoro elettrico compiuto da una quantità di elettroni spostati mediante un filo conduttore dipende dalla differenza di potenziale fra gli elettrodi; cioè dalla capacità delle celle di far fluire nel circuito esterno gli elettroni. Si definisce lavoro elettrico w l’e...