The Bible of Chemistry - Elementi di Chimica

Reazione non va né a destra né a sinistra

Quando la variazione di energia libera è maggiore di zero il sistema non può avvenire spontaneamente (ma è spontaneo il processo opposto, reazione procede verso sinistra).

Energia libera di formazione (o di reazione): ∆G = ΣνiΔGi

Dove "Σνi" indica il coefficiente stechiometrico dell'i-esima specie, "ΔGi" indica l'energia libera del componente i-esimo.

N.B: l'i-esimo coefficiente stechiometrico "νi" è:

• POSITIVO per i PRODOTTI
• NEGATIVO per i REAGENTI

Energia libera standard di formazione (o di reazione): ∆G° = ΣνiΔGi°

Si indica con "∆G°" e si considerano gli elementi di partenza e il composto ottenuto nei loro stati standard (ossia 25°C e 1 atm).

>>}v…z : :: : ”.Vale la considerazione di prima fatta per il termine “4Criterio di Spontaneità

Un processo è definito spontaneo (dunque irreversibile) o non in base al valore dell’Entropia:

∆j > 0 : processo Irreversibile.

∆j = 0: processo Reversibile.

Dunque, in un sistema isolato, ogni trasformazione spontanea comporta un aumento dientropia totale. ·∆j ≥ ≤ u∆j¸

Inoltre dalla formula dell’entropia totale: ; si ha che dove:

¸Se q<0: processo Irreversibile (spontaneo)

Se q=0: processo Reversibile (all’equilibrio)

ELETTROCHIMICAstudio di processi di conversione di energia chimica di un processo spontaneo inElettrochimica: (™' .#$ &ℎ# #&$ → A **$ ‹$*4$'#&$ #*$) → ™' .#$ ™* %% #&$energia elettrica e del suo processo inverso utilizzando 2 diverse apparecchiature:™' .#$ &ℎ# #&$ ← A **$ ™*

%% !*#%#&$ ← ™' .#$ ™* %% #&$ (processo diretto).(processo inverso).dispositivi capaci di tramutare energia chimica di un processo spontaneo in

Celle Galvaniche:energia elettrica in modo da ottenere lavoro.Esse possono essere di 2 tipi:

Pile Chimiche: producono energia elettrica a spese dell’energia libera di una reazione di

ossidoriduzione spontanea.

Pile Fisiche: producono energia elettrica a spese della variazione di energia libera dovuta a

differenze di concentrazione.

Concentriamoci sulle Celle Galvaniche di tipo Chimico…

Come ottenere lavoro elettrico da esse:

Il trasferimento di elettroni avviene in modo caotico e dunque esso non può essere sfruttato per

produrre energia elettrica. Per ottenere lavoro elettrico bisogna tenere separate elettronicamente le

due semi-reazioni, in modo da forzare il percorso degli elettroni attraverso un circuito esterno.

Funzionamento:

Una cella galvanica è costituita da due sistemi metallo/soluzione,

detti semielementi.

• Quando la pila è in funzione, in uno di essi si realizza un processo di ossidazione (anodo, polo -) e nell'altro quello di riduzione (catodo, polo +); al catodo vengono "consumati";
• All'anodo si liberano;
• I due semielementi sono poi separati fra loro da un setto poroso o da un ponte salino;
• Esternamente sono collegati da un conduttore di prima classe.

[Fissare il concetto: Anodo (-) ossidazione, Catodo (+) riduzione.]

Tra i due semi-elementi vi è una differenza di potenziale che si misura in Volt [V] e si chiama Differenza di Potenziale (DDP), essa dipende dalle coppie in gioco.

Procedimento:

Al contatto con la soluzione alcuni atomi superficiali del metallo possono abbandonare il reticolo cristallino e passare in soluzione come ioni idratati.

Sulla superficie del metallo a contatto con la soluzione vengono ad accumularsi elettroni.

La soluzione si arricchisce di cariche elettriche positive (cationi).

Si crea un doppio strato

nell'interfase metallo-soluzione (come le armature di un condensatore). Tra la lamina di metallo e la soluzione si crea il Potenziale Assoluto del semielemento, da cui possono verificarsi due casi limite: Il passaggio in soluzione di alcuni atomi del metallo allo stato di cationi. O il deposito sul metallo di alcuni cationi contenuti in soluzione. Una volta raggiunto l'equilibrio, il numero di cationi del metallo che passano in soluzione è uguale al numero di ioni metallici che si depositano sulla lamina nello stato di atomi neutri. Una volta raggiunto l'equilibrio, la ddp rimane costante nel tempo a meno che non vari la temperatura o la concentrazione di ioni nella soluzione.

Reazioni in una Cella Sperimentalmente si osserva che lo zinco tende ad ossidarsi (anodo) ed il rame a ridursi (catodo). Presi come esempi. La reazione che avviene segue il procedimento: Ognuno degli equilibri origina un doppio strato elettrico (con ddp diverse). Circuito chiuso, il

1. Il flusso di elettroni avviene dall'anodo verso il catodo della pila attraverso il percorso esterno.
2. Si crea dunque un continuo spostamento verso destra delle due equazioni (per principio di Le Chatelier: l'elettrone è un prodotto della reazione che si allontana dall'anodo e continua a consumersi al catodo).
3. L'energia chimica prodotta dalla reazione viene trasformata in energia elettrica a causa dello spostamento di cariche.
4. Quando la reazione ha raggiunto l'equilibrio (∆<0), significa che il sistema non è più in grado di compiere lavoro e la pila si scarica. Dunque (∆<0 = pila scarica.
5. Vi è da fare una distinzione di Semi-elementi:
1. Semi-elementi di prima specie: metallo in soluzione parziale con acqua contenente gli ioni dello stesso metallo.
2. Semi-elementi a gas: metallo inerte a contatto diretto sia con il gas, sia con la soluzione acquosa di un elettrolita che.

Il nome di Equazione di Nernst. Nozione utile per gli esercizi: Dopo aver costruito una cella elettrochimica, misurando la fem della cella e conoscendo il potenziale elettrochimico di riduzione di un semi-elemento, per differenza si può calcolare il potenziale del secondo.

Elettrodo di Riferimento: Scegliere un Elettrodo di riferimento serve per assegnare il valore zero del potenziale per poi tabulare tutti gli altri elettrodi.

Elettrodo Standard a Idrogeno: semi-elemento a gas costituito da una lamina di platino a forma di un quadrato la cui superficie è ricoperta da uno strato aderente di sottilissima polvere di platino spugnoso, immerso in una soluzione acquosa acida nella quale viene fatto gorgogliare idrogeno gassoso puro ad una pressione di 1 atm.

Calcolo Teorico della fem (Forza Elettromotrice): Procedimento per il calcolo della fem se NON SONO note le polarità dei due elettrodi:

1. Scrivere le sue semi-reazioni come riduzioni.
2. Applico l'equazione di Nernst per un

semi-elemento a ciascuna di esse.
3) Dai valori numerici ottenuti stabilisco le polarità degli elettrodi (il catodo avrà sempre il < = < - <valore di potenziale maggiore). ’:N… F C
4) Procedo al calcolo dell’equazione: sostituendo i valori appena trovati.
Procedimento per il calcolo della fem se SONO note le polarità dei due elettrodi:
1) Si scrivono le due semi-reazioni e si bilanciano per poter scrivere la reazione totale della pila e determinare il numero di elettroni “n” del processo globale:
× $“u $
2) Si determina la fem della pila applicando l’equazione di Nernst per una pila:
†N = < - × *’ ¼ ½ôxx] 6:“8° ’» $ × $’N… ’N… w… ôxx86:“]Esercizio esemplificativo pag.576 + esempio su pdfElettrolisi e Celle Elettrolitichefenomeno mediante il quale, per mezzo della corrente

conduttori NON seguono la Legge di Ohm. Gli Ioni si distinguono in:

• ioni che migrano verso il polo (-) del generatore. Cationi: ioni che migrano verso il polo (+) del generatore. Anioni:

L'intensità di corrente che attraversa la cella è significativa solo se la ddp applicata è superiore ad un certo valore di soglia, chiamato ^{Potenziale di Decomposizione} dell'elettrolita o meglio, dipende dalla sua concentrazione e dalle sue condizioni di Elettrolisi.

Dunque: @ > @ "Se cominciano a manifestarsi processi ossidoriduttivi (scarica agli elettrodi) pr