Elettrolisi del solfato di rame Calcolo dell equivalente equivalente elettrochimico del rame Calcolo del valore della carica elementare Un po di storia 1800 - Invenzione della pila di Volta 1807 - Davy,, studiando gli effetti della corrente sulla soda e sulla potassa, isola i metalli alcalini Na e K 1808 1810 1810 Teoria atomica di Dalton,, prima determinazione delle masse relative degli atomi (dalla legge delle proporzioni definite e dai dati sperimentali delle reazioni chimiche) 1
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 96540 C di carica elettrica libera A/v grammi dell elemento elemento Un po di storia 1897 - 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
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
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
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
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 = 3,29 10-4 g/c 6
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 1,05 10 10-22 10-24 22 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
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
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