ELETTROCHIMICA E EQUILIBRI DI OSSIDO-RIDUZIONE Schema Relazione tra chimica ed elettricità. Metodi elettroanalitici. Struttura delle celle elettrochimiche Funzionamento delle celle elettrochimiche Tipologie di cella elettrochimica
ELETTROCHIMICA E EQUILIBRI DI OSSIDO-RIDUZIONE Relazione tra chimica ed elettricità Alla base delle relazione tra chimica ed elettricità ci sono le reazioni di ossidoriduzione. Con una reazione di ossidoriduzione si trasferiscono elettroni da una specie all altra. Si può sfruttare la corrente, prodotta in seguito alla reazione di ossidoriduzione, per compiere lavoro (pila). All opposto si può applicare una ddp in una cella per far avvenire una reazione di ossidoriduzione.
ELETTROCHIMICA E EQUILIBRI DI OSSIDO-RIDUZIONE 2 Metodi elettroanalitici Sfruttano il legame tra chimica ed elettricità per la determinazione qualitativa e quantitativa di analiti. Se gli elettroni scambiati vengono fatti fluire attraverso un circuito esterno, si può avere informazioni di tipo chimico sul sistema studiando il circuito: la quantità di elettroni che fluisce nel circuito (carica corrente) è proporzionale alla quantità di analita che reagisce; la differenza di potenziale (ddp) che si misura è legata alla concentrazione delle specie, alla loro natura chimica, e dà informazioni sulla direzione della reazione (legge di Nernst!). Nota: non in tutti i metodi elettroanalitici si sfruttano reazioni di ossidoriduzione!
CELLE ELETTROCHIMICHE Le reazioni redox possono avvenire in due modi: mescolando direttamente l ossidante e il riducente in un contenitore; in una cella elettrochimica.
ELETTROCHIMICA - 1. Struttura E l insieme di due semicelle. Semicella: conduttore (elettrodo) immerso in una soluzione elettrolitica. Contiene una coppia redox. Due casi: elettrodo inerte in contatto con una coppia redox. Es.: elettrodo di platino in contatto con la coppia Fe 3+ (aq)/fe 2+ (aq) (in soluzione), o con la coppia H 2(g) /H+ (aq) l elettrodo è un componente della coppia redox. Es. lamina di Cu immersa in una soluzione di Cu 2+. Nella maggior parte dei casi le soluzioni che circondano i due elettrodi sono differenti e devono essere separate per evitare una reazione diretta tra i reagenti. Per limitare il mescolamento ma consentire un contatto tra le soluzioni: giunzione liquida: ponte salino o setto poroso.
ELETTROCHIMICA - 2 Semicella
ELETTROCHIMICA - 3 Funzionamento Ad un elettrodo avviene la reazione di riduzione, all altro avviene la reazione di ossidazione. Per convenzione: elettrodo a cui avviene la riduzione: catodo. elettrodo a cui avviene l ossidazione: anodo. Lo scambio di elettroni corrispondente alla reazione ha luogo soltanto se si chiude il circuito, cioè se si collegano i due elettrodi con un conduttore di elettroni (filo metallico). Trasporto di corrente nella cella: gli elettroni trasportano corrente attraverso gli elettrodi e il conduttore esterno gli ioni trasportano corrente in soluzione.
ELETTROCHIMICA - 4 Cella.
ELETTROCHIMICA - 5 No! No! Finalmente! Tratto da D. Harris, Quantitative Chemical Analysis
ELETTROCHIMICA - 6 Tipologie Celle galvaniche: la reazione globale di ossido-riduzione avviene spontaneamente; la cella galvanica (pila) può essere utilizzata per produrre energia elettrica Celle elettrolitiche: si applica d.d.p. tra i due elettrodi ( si fornisce energia); avviene una reazione redox non spontanea. Celle galvaniche: catodo positivo, anodo negativo Celle elettrolitiche: il contrario.
ELETTROCHIMICA - 7 Cella galvanica Cella elettrolitica Tratto da Skoog, West, Fondamenti di Chimica Analitica, Ed. EDISES, Napoli
Note Corrente: movimento di cariche elettriche. Il concetto di corrente si applica tanto agli ioni in una soluzione elettrolitica che agli elettroni in un conduttore metallico (es. filo di rame). Differenza di potenziale. Gli elettroni addensati sul polo negativo di un generatore possiedono un energia potenziale, cioè hanno la capacità di compiere un lavoro. Questa energia è in relazione al fatto che le cariche opposte sui due poli si attraggono, cioè reagiscono alle azioni del generatore che li tiene separati con delle forze che tendono a ricondurre il sistema alla neutralità. Si esprime questo concetto dicendo che tra i due morsetti del generatore esiste una differenza di potenziale o tensione elettrica. Quindi con il nome di tensione elettrica o differenza di potenziale tra i due poli di un generatore, o tra due punti di un circuito, si designa l energia disponibile allo stato potenziale negli elettroni addensati sul polo negativo rispetto al polo positivo che li attrae. Quando si ha una separazione di cariche, si genera una differenza di potenziale.