Paolo Pistar 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
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Paolo Pistar 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
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Paolo Pistar Istituto Italiano Edizioni Atlas 3 2 Le pile sono
dispositivi in cui lenergia chimica di una reazione di
ossido-riduzione spontanea convertita in energia elettrica. Celle
galvaniche o pile La pila Daniell 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 costituita da una
semicella a zinco e da una semicella a rame. Le due semicelle sono
collegate elettricamente mediante un ponte salino.
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Paolo Pistar 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 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
detta elettrodo.
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Paolo Pistar 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
chiamata forza elettromotrice (FEM) o potenziale di cella ed
misurata in V (volt). FEM = E catodo E anodo La FEM della pila
Danielle 1,10 V.
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Paolo Pistar 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
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Paolo Pistar 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
spontanea. CAPITOLO 21. ELETTROCHIMICA la forma ossidata di una
coppia pu ossidare la forma ridotta di unaltra coppia con
potenziale di riduzione minore.
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Paolo Pistar 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) data da: G = n F E Un valore negativo di G o un valore
positivo di E indicano una reazione spontanea. CAPITOLO 21.
ELETTROCHIMICA
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Paolo Pistar Istituto Italiano Edizioni Atlas 9 6 La corrosione
La corrosione del ferro un processo di ossido-riduzione in cui sono
coinvolti sia lossigeno che lumidit. CAPITOLO 21. ELETTROCHIMICA
Per corrosione sintende il deterioramento dei metalli in seguito a
reazioni chimiche con lambiente. Un metodo di protezione dalla
corrosione detto ad anodo sacrificale. Consiste nel collegare la
struttura in ferro da proteggere con blocchi di magnesio o di
zinco. Questo metodo di protezione anche chiamato protezione
catodica. Processo di corrosione del ferro.
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Paolo Pistar 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.
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Paolo Pistar Istituto Italiano Edizioni Atlas 11 7 Elettrolisi
( ) Catodo, riduzione 2 Na + + 2 e 2 Na CAPITOLO 21. ELETTROCHIMICA
Agli elettrodi si verificano le seguenti reazioni: (+) Anodo,
ossidazione 2 Cl Cl 2 + 2 e reazione netta 2 Na + + 2 Cl 2 Na + Cl
2
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Paolo Pistar Istituto Italiano Edizioni Atlas 12 8
Elettrodeposizione Lelettrodeposizione 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.
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Paolo Pistar Istituto Italiano Edizioni Atlas 13 9 Studio
quantitativo sullelettrolisi Tra la quantit di prodotto ottenuto ad
un elettrodo e la quantit di elettricit che passa in una cella
elettrolitica esiste una relazione dovuta a Faraday che si pu cos
esprimere: La quantit di elettricit (Q) misurata in coulomb (C).
Quantit di elettricit (Q) = corrente in ampere (A) tempo in secondi
(s) CAPITOLO 21. ELETTROCHIMICA La quantit di prodotto che si
ottiene ad un elettrodo di una cella elettrolitica dipende dal
numero di elettroni che passano attraverso la cella, cio dalla
quantit di elettricit che fluisce. La quantit di elettricit
trasportata da 1 mole di elettroni detta faraday (F) e corrisponde
a 9,65 10 4 C (coulomb)
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Paolo Pistar 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 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 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 -