Chimica Generale ed Inorganica

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1 Chimica Generale ed Inorganica Chimica Generale prof. Dario Duca

2 processi red-ox

3 elettrodi, processi elettrodici semipile e pile anodo catodo + ponte salino e i + on off celle voltaiche o galvaniche

4 celle elettrochimiche celle voltaiche celle elettrolitiche

5 elettrodi e semipile elettrodo di prima specie M(s) M n+ (aq) M n+ +ne - M Zn(s) Zn 2+ (aq) Cu 2+ (aq) Cu(s)

6 semipile, elettrodi e pile elettrodo di prima specie Ag(s) Ag + (aq) Ag + + e - Ag catodo anodo elettrodo di seconda specie Ag(s)/AgCl(s) Cl - (aq) AgCl(s) + e - Ag(s) + Cl - (aq) Ag(s)/AgCl(s) Cl - (aq) Ag + (aq) Ag(s) FEM Epila E

7 elettrodo a idrogeno Pt/H2 (1 bar) H + (1 M) SHE 2H + + 2e - H2

8 spontaneità di un processo

9 potenziali elettrodici ed elettrodici standard wel = nfe V = J/C F = C/ mol e - ΔG = nfe equazione di Nernst ΔG = nfe semipila ΔG = ΔG +RTlnQ nfe = nfe +RTlnQ E = E RT nf lnq E M n+ /M pila E L y+ /L - E N x+ /N M n+ +ne - M xl y+ + yn yn x+ + xl elettrodi di seconda specie E = E Ag+/Ag+0,0592log[Ag + ] = E Ag+/Ag+0,0592logKps-0,0592log[Cl - ] T = 298,15 K; R = 8,31 J K -1 mol -1 ; Kps = [Ag + ][Cl - ]

10 pile Cu(s) + 2Ag + (aq) Cu 2+ (aq) + 2Ag(s) Cu(s) Cu 2+ (aq) Ag + (aq) Ag(s) E = E Ag+/Ag - E Cu2+/Cu - 0,0592x0,5log{[Cu 2+ ][Ag + ] -2 }

11 pile Zn(s) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu(s) Zn(s) Zn 2+ (aq) Cu 2+ (aq) Cu(s) E = E Cu2+/Cu - E Zn2+/Zn - 0,0592x0,5log{[Zn 2+ ][Cu 2+ ] -1 }

12 celle elettrodiche standard Pt/H2 (1 bar) H + (1 M) Cu 2+ (aq) (1M) Cu(s) Zn(s) Zn 2+ (aq) (1M) H + (1 M) Pt/H2 (1 bar)

13 utilizzo dei processi elettrochimici: schema riassuntivo

14 condizioni non standard Zn(s) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu(s) Zn(s) Zn 2+ (aq) Cu 2+ (aq) Cu(s) E = E Cu2+/Cu - E Zn2+/Zn - 0,0592x0,5log{[Zn 2+ ][Cu 2+ ] -1 }

15 condizioni non standard Ag + (aq) + Fe 2+ (aq) Fe 3+ (aq) + Ag(s) Pt(s) Fe 2+ (aq); Fe 3+ (aq) Ag + (aq) Ag(s) elettrodi di terza specie Epila = E pila - 0,0592 log{[fe 3+ ] [Ag + ] -1 [Fe 2+ ] -1 }

16 pile a concentrazione: uso delle celle galvaniche H2(1 atm) 2H + (x M) + 2e - 2H + (1 M) + 2e - H2(1 atm) Pt/H2 (1 atm) H + (x M) H + (1 M) Pt/H2 (1 atm) Epila = E pila - 0,0592x0,5 log {[H + ] 2 /1 2 } Epila = 0,0592xpH

17 elettrodo a vetro: uso delle celle galvaniche

18 pile a concentrazione: uso delle celle galvaniche Ag(s) Ag + (AgJ satura) + e - Ag + (0,1 M) + e - Ag(s) Ag(s) Ag + (AgJ satura) Ag + (0,1 M) Ag(s) Epila = E pila - 0,0592 log {[Ag + ] [Ag + ] -1 } (AgJ satura) (0,1 M)on off Epila = - 0,0592 {log s - log 0,1}

19 uso delle celle galvaniche pile di prima specie

20 uso delle celle galvaniche pile di seconda specie (batterie e accumulatori)

21 uso delle celle galvaniche pile di seconda specie (pile ricaricabili)

22 uso delle celle galvaniche pile a flusso (celle a combustibile) 2H2(g) + O2(g) 2H2O(l) O2(g) + 2H2O(l) + 4e - 4OH - (aq) 2x(H2(g) + 2OH - (aq) 2H2O(l) + 2e - ) CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) CH4(g) + 2H2O(l) CO2(g) + 8H + (aq) + 8e - 2x(O2(g) + 4H + (aq) + 4e - 2H2O(l))

23 uso delle celle galvaniche pile a flusso (celle a combustibile) 4Al + 3O 2 + 6H 2 O 4Al(OH) 3 4x(Al(s) + 3OH (aq) Al(OH) 3 (s) + 3e ) 3x(O 2 (g) + 2H 2 O(l) + 4e 4OH (aq))

24 corrosione e metodi di protezione

25 anodo sacrificale e protezione catodica

26 celle elettrolitiche I legge di Faraday La massa di una sostanza prodotta a un elettrodo durante un processo elettrolitico è direttamente proporzionale al numero di elettroni trasferiti a quell elettrodo. II Legge di Faraday Il numero di Faraday di carica elettrica richiesto per scaricare una mole di sostanza a un elettrodo è uguale al numero di cariche elementari dello ione. ne- = i t /F uso delle leggi di Faraday

27 celle elettrolitiche spontaneità del processo

28 celle elettrolitiche 2H2O 2H2 + O2 2H2O O2 + 4H + + 4e - 2H2O + 2e - H2 + 2OH - elettrolisi dell acqua

29 celle elettrolitiche Cu e- Cu competizione fra processi diversi

30 applicazioni dei processi elettrolitici

31 applicazioni dei processi elettrolitici 2H2O + 2Cl - Cl2 + H2 + 2OH - 2Cl - Cl2 + 2e - 2H2O + 2e - H2 + 2OH - sovratensione

32 applicazioni dei processi elettrolitici 2H2O + 2Cl - Cl2 + H2 + 2OH - 2Cl - Cl2 + 2e - Na + + e - Na Hg/Na 2Na + H2O H2 + 2Na + + 2OH -

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