Catodo ( ) 2H 3 O + + 2e - 2H 2 O + H 2 Anodo (+) 2Cl - 2e - + Cl 2

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1 Elettrolisi Con il termine elettrolisi si indica il complesso di fenomeni che avvengono in una soluzione elettrolitica o in un elettrolita fuso al passaggio della corrente elettrica, di norma continua, e che realizzano la trasformazione di energia elettrica in energia chimica.

2 R = ρ l s

3 Catodo ( ) 2H 3 O + + 2e - 2H 2 O + H 2 Anodo (+) 2Cl - 2e - + Cl 2 Sovratensione intrinseca; Sovratensione di attivazione; Sovratensione di concentrazione; Caduta ohmica della cella E r = E t + + ir

4 Legge di Faraday Le masse delle specie chimiche formate (o consumate) agli elettrodi durante una elettrolisi sono proporzionali alla quantità di elettricità che ha attraversato la cella elettrolitica; Le masse delle specie chimiche formate (o consumate) per il passaggio di una stessa quantità di elettricità attraverso una qualsivoglia soluzione elettrolitica, sono proporzionali ai pesi equivalenti delle specie interessate nell elettrolisi Legge degli equivalenti elettrochimici: al passaggio di 1F (96500 coulomb) in una soluzione elettrolitica corrisponde la trasformazione (ossidazione, riduzione) di 1 equivalente della specie chimica che viene elettrolizzata

5 Problemi Calcolare quanti grammi di Al vengono depositati al catodo di una cella elettrolitica contenente AlCl 3 quando si faccia passare una corrente di 16, A per 45 minuti (PA Al = 26,9815 uma) Calcolare la forza elettromotrice di una cella costituita dalle seguenti semicelle: 1. Ag Ag + (5, M) 2. Ag Ag + (8, M) Individuata la semicella che funge da catodo, scrivere la notazione convenzionale per la cella Una cella a concentrazione è costituita da: a) Una semicella in cui un elettrodo di Ag è immerso in una soluzione 1,00 M di AgNO 3 ; b) Una semicella in cui un elettrodo di Ag è immerso in una soluzione satura di AgCl. La f.e.m. della cella è 0,290 V. Calcolare il prodotto di solubilità di AgCl. Una lamina di Zn viene immersa in una soluzione di CuCl 2. Avviene la reazione: Zn(s) + Cu 2+ Zn 2+ + Cu(s). Calcolare il rapporto tra la concentrazione di Zn 2+ e di Cu 2+ al raggiungimento dell equilibrio (E 0 (Cu 2+ /Cu) = +0,34 V; E 0 (Zn 2+ /Zn) = -0,76 V).

6 L idrogeno puro viene preparato per elettrolisi dell acqua. All anodo della cella elettrolitica si sviluppa ossigeno ed al catodo idrogeno. Calcolare quanti coulomb di elettricità occorrono per preparare 20,0 l di H 2 (misurato alla temperatura di 298 K ed alla pressione di 1 atm) e quanti litri di ossigeno (nelle stesse condizioni di pressione e temperatura) vengono contemporaneamente prodotti all anodo

7 Idrogeno Dimensioni Isotopi Utilizzo (NH 3, CH 3 OH CH 2 O (plastica), CH 3 COOH (fibre sintetiche)) Estrazione idrometallurgica del Rame Può essere prodotto da Elettrolisi dell acqua Può essere preparato da: Zn + 2HCl ZnCl 2 +H 2

8 Idrogeno Reazione di riformazione CH 4 + H 2 O CO +3H 2 Reazione di spostamento CO + H 2 O CO 2 +H 2 2H 2 O 2H 2 +O o C, Ni 400 o C, Fe/Cu LUCE

9 Idrogeno Legame Idrogeno; Idrogenazione; Idruri Salini (si ottengono per riscaldamento del metallo in presenza di H 2 ). Sono una fonte facilmente trasportabile dell H 2 ; Composti molecolari dell Idrogeno (es. NH 3, HCl, reazione diretta); Idruri metallici (solidi interstiziali, reazione diretta, per esempio CuH).

10 Litio, Sodio e Potassio Elettrolisi dei sali fusi, o, per K: Na(g) + KCl(l) K(g) + NaCl(l) Proprietà fisiche Reazioni con l acqua e con gli alogenuri Perossidi e Superossidi (dimensioni) 4KO 2 (s) + 2CO 2 (g) 2K 2 CO 3 (s)+3o 2 (g) Composti importanti (NaCl, NaOH, Na 2 CO 3, NaHCO 3, Li 2 CO 3, KNO 3 (da NaNO 3 ), Na 2 SO 4, etc.) Fonte di potassio: KCl 2KNO 3 + 4C K 2 CO 3 + 3CO + N 2 2KNO 3 + 2S K 2 SO 4 + SO 2 + N 2

11 Nome Litio Sodio Potassio Rubidio Cesio Francio Simbolo Li Na K Rb Cs Fr Numero atomico Configurazione elettronica [He] 2s 1 [Ne] 3s 1 [Ar] 4s 1 [Kr] 5s 1 [Xe] 6s 1 [Rn] 7s 1 Peso atomico (223) Potenziale di I ionizzazione (ev) Potenziale di II ionizzazione Forma cristallina ccc * ccc ccc ccc ccc Raggio Å Raggio ionico Å Potenziale di riduzione (v) Punto di fusione 180 C 97.8 C 63.2 C 39.0 C 28.5 C 27 C Punto di ebollizione 1360 C 900 C 777 C 705 C 686 C 677 C Densità g/ml Abbondanza % in peso 6.5 x x x

12 Processo Solvay

13

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