Elettrolisi del solfato di rame

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1 Elettrolisi del solfato di rame Calcolo dell equivalente equivalente elettrochimico del rame Calcolo del valore della carica elementare Un po di storia Invenzione della pila di Volta Davy,, studiando gli effetti della corrente sulla soda e sulla potassa, isola i metalli alcalini Na e K Teoria atomica di Dalton,, prima determinazione delle masse relative degli atomi (dalla legge delle proporzioni definite e dai dati sperimentali delle reazioni chimiche) 1

2 Un po di storia 1834 Faraday determina sperimentalmente ed enuncia le leggi dell elettrolisi: elettrolisi: 1. La massa di un elemento liberata a un elettrodo durante l elettrolisi l è proporzionale alla quantità di carica passata attraverso la soluzione 2. Se A è la massa atomica di un elemento e v la sua valenza, il passaggio di C di carica elettrica libera A/v grammi dell elemento elemento Un po di storia Thomson dimostra che i raggi catodici sono particelle di carica negativa e ne determina il rapporto q/m 1909 Millikan misura la carica dell elettrone elettrone 1913 Thomson scopre, con lo spettrografo di massa, l esistenza degli isotopi 20 e 22 del Ne 2

3 Esperimento sull elettrolisi di CuSO 4 L apparato sperimentale consiste in: una vaschetta di vetro contenente una soluzione al 10%di CuSO 4 due elettrodi, uno di rame e uno di ottone un alimentatore a corrente continua e tensione variabile un amperometro per misurare l intensità di corrente un cronometro. Schema del circuito A Cu ottone Alimentatore a c.c. + - Soluzione di CuSO 4 R 5 Ω 3

4 Esperimento sull elettrolisi di CuSO 4 1. Si prepara la soluzione acqua + solfato di rame ( nella soluzione alcune molecole del sale si dissociano in ioni Cu ++ e SO -- 4 ). 2. Si immergono i due elettrodi di rame e di ottone, collegandoli elettricamente rispettivamente al polo positivo e negativo dell alimentatore. 3. Si inserisce in serie nel circuito l amperometro l e una resistenza limitatrice di 5 Ω 4. Si regola l intensitl intensità di corrente al valore di 1 A. Esperimento sull elettrolisi di CuSO 4 A questo punto si interrompe il circuito, si estrae l elettrodo di ottone, lo si asciuga, lo si carteggia e lo si pesa sulla bilancia. Si ricolloca l elettrodo l al suo posto, si chiude il circuito e contemporaneamente si inizia a misurare il tempo. Dopo il tempo prefissato (15 20 minuti) si interrompe il circuito, si estrae l elettrodo, l lo si sciacqua e lo si asciuga con il phon, poi lo si pesa nuovamente. 4

5 Esperimento sull elettrolisi di CuSO 4 Che cosa avviene in soluzione durante il passaggio di corrente? 1. Gli ioni Cu ++ si depositano sul catodo di ottone 2. Gli ioni SO -- 4 si depositano sull anodo, reagiscono con il rame e formano CuSO 4 che torna in soluzione. Elaborazione dei dati sperimentali I dati ottenuti alla fine dell esperimento esperimento sono i seguenti: m m = massa depositata sul catodo nel tempo t I = intensità di corrente in ampère t t = durata dell esperimento esperimento in secondi 5

6 Elaborazione dei dati sperimentali Con questi dati è possibile calcolare l equivalente l elettrochimico del rame: E = m I t Elaborazione dei dati sperimentali L equivalente elettrochimico di un metallo dipende soltanto, per le leggi di Faraday sull elettrolisi, dal metallo stesso e dalla sua valenza nel composto disciolto nell acqua. Nel caso del rame il suo valore risulta E = 3, g/c 6

7 Elaborazione dei dati sperimentali La massa atomica del rame è A = 63,5 La massa di un atomo di rame è A UMA con UMA = unità di massa atomica = 1,66 10 quindi: massa atomo di Cu 1, g 24 g Elaborazione dei dati sperimentali Il numero di atomi depositati sul catodo si ottiene dividendone l aumento l di massa per la massa di un atomo di rame: m n = (m atomo Cu ) 7

8 Elaborazione dei dati sperimentali Sapendo che durante il passaggio di corrente ogni ione Cu ++ trasporta due cariche elementari è facile calcolare il numero di cariche elementari che sono passate nel circuito durante l esperimento: N o cariche elementari = 2 n2 Elaborazione dei dati sperimentali La carica passata nel circuito nel tempo t è data dal prodotto q =I t Siccome i portatori di carica sono gli ioni Cu ++ si ottiene, per il valore della carica elementare : e = q/2n 8

9 Applicazioni dell elettrolisi elettrolisi nella protezione dei metalli dall ossidazione con procedimenti di cromatura, nichelatura, ossidazione anodica dell alluminio ecc. nei procedimenti di argentatura, doratura, ramatura nella produzione dell alluminio e nella purificazione del rame nella produzione di idrogeno e ossigeno attraverso l elettrolisi l dell acqua 9

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