CORRENTE ELETTRICA NEI LIQUIDI : L'ELETTROLISI

L’ ELETTROLISI

Se immergiamo due lamine metalliche in una vaschetta di vetro contenente acqua distillata (quindi priva di sali), ed applichiamo una tensione fra le lamine, potremo  vedere  che,  mentre  il voltmetro  rivela una tensione, l'amperometro non segna passaggio di corrente.

Ciò prova che l'acqua pura è isolante. Ma, se  aggiungiamo  all'acqua un po' di sale da cucina, la soluzione comincia a diventare conduttrice (l'amperometro rivela passaggio di corrente).

Diversi anni fa una donna asciugava i capelli ai suoi due gemelli nella vasca da bagno. L’asciuga capelli le cascò di mano e l’acqua non era distillata. I due gemelli sfortunati morirono istantaneamente.

Gli acidi, i sali e le basi, aggiunti all'acqua la rendono conduttrice. Per spiegare  il  meccansmo  della conduzione  in  queste soluzioni, (dette  elettrolitiche), seguiremo  come  esempio,   il comportamento del cloruro di sodio (NaCl).

Allo stato neutro, il singolo atomo di sodio ha 11 elettroni, uno solo dei quali nello strato più esterno, mentre il cloro ne ha 17, di cui 7 nello strato più  esterno.  Il  cloro  quindi  tende ad acquistarne  uno nello strato più esterno, per completare l'ottetto (cosa che gli conferisce stabilità).

Allorchè un atomo di sodio e uno di cloro reagiscono per formare la molecola di NaCl,  l'atomo di sodio che cede un elettrone, diventa uno ione positivo (Na⁺ ),  mentre l'atomo di cloro che ha un elettrone in più, diventa uno ione negativo ( Cl^- ).

Il legame dei due ioni (Na⁺) e (Cl^- ) nella molecola, è quindi di tipo elettrostatico.

Quando si scioglie un po' di questo  sale  nell'acqua, dato  che  questa  ha una  grande  costante

dielettrica  relativa (81), la  forza di attrazione dei due ioni diventa  81  volte minore che in aria

e l'agitazione termica, anche a temperatura ordinaria,  riesce a dissociare in ioni dei due segni (Na⁺) e (Cl^- ) molte molecole.

Per ogni temperatura e concentrazione,  si raggiunge un equilibrio (dinamico)  fra  molecole dissociate e indissociate  (perché se due ioni di segno opposto passano vicini,  possono ricongiungersi per formare la molecola di NaCl neutra).

Una soluzione elettrolitica molto usata in laboratorio  è  quella  di solfato di rame, che si dissocia in ioni Cu⁺⁺ ed SO₄^--.

Gli ioni Cu^++, giunti sul catodo, neutralizzano  la  loro carica  e  per ogni coppia di elettroni catturati,  si ha il deposito sul catodo di un atomo neutro di rame. Quindi ci dev'essere una diretta proporzionalità fra carica totale che in un dato tempo attraversa il circuito (q=i*t)  e  la  massa  'm'  di metallo che si deposita sul catodo (o che viene sottratta all'anodo).

Da un punto di vista fisico c'interessa la legge di  diretta  proporzionalità fra la massa 'm' di metallo che si deposita al catodo e la carica  q=i*t  che ha attraversato la soluzione in un dato tempo 't'.

Questa  legge, scoperta da Faraday, è scritta nella forma : (1)  m = k_*q  essendo 'k'  una  costante caratteristica, detta equivalente elettrochimico del metallo del sale  usato.

L'equivalente elettrochimico dell'argento è di 1.118 (mg / C)  per cui  si può affermare che se la corrente in una soluzione di AgNO3 (nitrato d'argento) ha l'intensità di 1 (A),  per ogni secondo di passaggio della corrente, si deve avere sul catodo un deposito di 1,118 milligrammi di Ag  (.. poco più di 1 mg).

Se si vuole controllare la  taratura  di un amperometro,  basterà  inserirlo nel circuito  e  mantenere  la corrente costante (agendo sul cursore del reostato), prefissare un certo tempo e poi controllare se la massa di Ag depositata sul catodo è quella corrispondente alla  carica  'q=i*t'  indicata  indirettamente dall'amperometro.

Le pesate sono misure di grande precisione e pesare l'ampere vuol dire fare una valida taratura.

Grazie alla legge di Faraday (1) sull'elettrolisi è stato possibile misurare il Numero di Avogadro  cioè il numero di atomi presenti in una massa di 'A' grammi, essendo 'A' il peso atomico  N(Av)=6.023*10²³.

Data la validità della (1), possiamo scrivere la proporzione =>   m : q = A : N(Av)_*z_*e   (essendo  'e' la carica elementare, N(Av) il numero di Avogadro) e ‘  z  ‘ la valenza dello ione metallico.

Perché  si  depositi un atomo di rame (z=2) occorre neutralizzare la carica 2_*e. 

Per N(Av) atomi ne occorre N(Av)_*z_*e.

In laboratorio possiamo misurare la carica q = i_*t mantenendo la corrente di intensità costante per un certo tempo t.  Prima abbiamo pesato il catodo per conoscere poi, per differenza la massa di metallo che si è depositata dopo il passaggio della corrente e controllare così la legge di Faraday.

Interrotta la corrente abbiamo asciugato il catodo con aria calda prima di misurare la massa finale.

I risultati ottenuti sono stati in ottimo accordo con la legge di Faraday dell’elettrolisi.

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