Fisica Antonio Maggiore

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1 Fisica Antonio Maggiore ELETTROLISI Finora si è discusso di reazioni spontanee, la cui energia libera può essere sfruttata per compiere lavoro elettrico. E anche possibile il contrario: si può spendere lavoro elettrico per forzare gli elettroni a compiere una reazione redox non spontanea. In questo caso, la tabella dei potenziali di riduzione si può usare per determinare la minima differenza di potenziale necessaria per ottenere la reazione voluta. Come già visto, una reazione redox che ha un dato potenziale in un verso ha lo stesso potenziale, cambiato di segno, se la si considera nel verso opposto: in altre parole, quanto più un processo è spontaneo in un dato verso (ad esempio, la riduzione), tanto più difficile da ottenere sarà il processo opposto (in questo caso l ossidazione). Una fondamentale differenza fra conduttori di prima e di seconda specie è che i primi seguono la legge di Ohm (proporzionalità diretta fra differenza di potenziale applicata e intensità di corrente fluita, E = ir), mentre i secondi la seguono solo a partire da un certo valore soglia della differenza di potenziale (E = ir + costante); questo è dovuto al fatto che, facendo passare corrente, in quest ultimo caso si determinano delle reazioni chimiche, con formazione agli elettrodi di specie tendono a dar luogo alla reazione inversa, spontanea, generarndo una pila: la differenza di potenziale di questa pila si oppone al passaggio di corrente ulteriore. Solo quando la differenza di potenziale applicata è superiore alla forza elettromotrice della pila che si genera (DE), si può avere passaggio di corrente e avviene il processo elettrolitico. Se si fornisce energia elettrica ad un sistema nel quale vi sono diverse sostanze in grado di ossidarsi o di ridursi, non avverranno tutti i processi possibili, ma avverranno anzitutto quelli più facili, cioè quelli che richiedono meno energia per avvenire (= con potenziale meno negativo), e solo una volta esauriti questi reagenti potranno entrare in gioco le specie meno reattive. In una cella elettrolitica non c è bisogno di separazione fra i due scomparti: una volta applicata la differenza di potenziale, un elettrodo (il CATODO) si carica negativamente, perché verso di esso vengono spinti gli elettroni, mentre l altro, dal quale vengono portati via elettroni, si carica positivamente, ed è l ANODO. Per l attrazione elettrostatica fra cariche opposte, i cationi, positivi,

2 migrano verso il catodo, negativo, dove possono acquistare elettroni riducendosi, mentre gli anioni, negativi, migrano verso l anodo, positivo, al quale possono cedere elettroni ossidandosi. Cariche uguali si respingono, quindi un catione non migrerà mai verso l anodo. Appunto, come detto prima, se più specie migrano verso un elettrodo reagirà per primo quella più facile da ossidare, o da ridurre. ELETTROLISI DELL' ACQUA L'elettrolisi dell'acqua è un processo elettrolitico nel quale il passaggio di corrente elettrica causa la decomposizione dell'acqua in ossigeno ed idrogeno gassosi. Si usa anche in ambienti industriali, ad esempio nei processi di cromatura di diversi materiali (soprattutto metalli, a scopo sia protettivo che decorativo). Dal punto di vista etimologico, il termine elettrolisi è composto da elettro (elettricità) e lisi (separazione). La cella elettrolitica è in genere composta da due elettrodi di un metallo inerte, ad esempio platino immersi in una soluzione elettrolitica e connessi ad una sorgente di corrente, in genere una batteria da 6 volt. La corrente elettrica dissocia la molecola d'acqua negli ioni H 3 O + (in quanto i protoni liberi non possono esistere in soluzione) e OH -. Nelle celle elettrolitiche al catodo gli ioni idrogeno acquistano elettroni in una reazione di riduzione che porta alla formazione di idrogeno gassoso: 2H 2 O + 2 e - H OH - All'anodo, gli ioni idrossido subiscono ossidazione e cedono elettroni: 2H 2 O O H e - Reazione completa 2H 2 O 2 H 2 + O 2 Si formerà quindi un volume di idrogeno doppio del volume di ossigeno Descrizione del processo La corrente esce dall'alimentatore e riesce a fluire nei due cilindri grazie al liquido presente nel voltametro di Hoffman (soluzione elettrolitica). Come conseguenza del passaggio di corrente, si nota un fenomeno di effervescenza, cioè il formarsi di bolle di gas alla base dei due cilindri, in

3 corrispondenza degli elettrodi:l'acqua si scinde nei due gas costituenti, idrogeno ed ossigeno. L'idrogeno appare dal catodo (l'elettrodo caricato negativamente da cui gli elettroni vengono immessi nell'acqua), mentre dall'anodo (l'elettrodo caricato positivamente, in cui vengono assorbiti gli elettroni provenienti dall'acqua) si sviluppa ossigeno. Essendo leggeri, i gas si accumulano nella parte superiore dei rispettivi cilindri. All'aumentare dell'energia potenziale (agendo sulla manopola dell'alimentatore) si nota un corrispondente aumento della quantità di gas sviluppati. In condizioni ideali, si può notare che la quantità di idrogeno è approssimativamente doppia di quella dell'ossigeno, poiché il livello del liquido nei cilindri si abbassa a causa della pressione del gas contenuto nella parte superiore. Applicazioni Estetiche L'elettrolisi galvanica prevede l'inserimento di un sottilissimo ago all'interno delfollicolo pilifero. Si tratta di un processo molto antico, che sfrutta le potenzialità della corrente elettrica per generare una reazione elettro-chimica dalla quale si sviluppaidrossido di sodio(una sostanza corrosiva che distrugge il follicolo pilifero). Tale effetto, si ottiene applicando alla punta dell'ago una corrente elettrica continua, che devitalizza il bulbo nel giro di secondi. Al termine dell'operazione, il pelo, insieme al suo bulbo "folgorato", viene sfilato con una semplice pinzetta. L'elettrocoagulazione (termolisi o diatermia ad onde corte) si effettua con una tecnica simile, ma utilizzando una corrente alternata ad altissima frequenza (o a bassa lunghezza d'onda, se preferite). In questo modo il bulbo pilifero coagula direttamente sotto l'azione del calore così sviluppato, rendendo l'operazione più confortevole e meno dolorosa. Rispetto alla tecnica precedente, vengono notevolmente ridotti i tempi di applicazione della corrente (da uno a dieci decimi di secondo). Oltre all'elettrolisi galvanica e all'elettrocoagulazione, esiste una terza tecnica, definita mista o blend, che sfrutta entrambe le modalità nel tentativo di ottenere un risultato migliore. In teoria, quindi, è più indicata per peli particolarmente duri e grossolani, come quelli maschili.

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6 Per l'analisi delle correnti potete utilizzare la dispensa ELETTROTERAPIA presente nel sito. LINEA GUIDA INTERROGAZIONE Si parte da un introduzione su cosa è l'elettrolisi, a cosa serve, e quali caratteristiche presenta. Quando si parla di caratteristiche non bisogna essere generici e superficiali, ma bisogna approfondire ciò che si dice: I tipi di corrente che si utilizzano I tipi di frequenza I tipi di elettrodi utilizzati Differenze sui materiali utilizzati Dopo aver dato una concettualizzazione sull' argomento potete passare alle applicazioni pratiche.