ELETTROCHIMICA

Redox: passaggio di elettroni e si sfruttano per separare le due specie coinvolte

Corrente elettrica: Uno spostamento di cariche elettriche in un conduttore, lo spostamento deve essere uniforme per quanto riguarda la direzione e il verso.

Gli elettroni si muovono sempre in modo casuale, ma applicando una differenza di potenziale alle estremità, gli e- iniziano a muoversi verso la carica positiva, con una velocità di 2cm/s.

Intensità di corrente (A): è l'intensità di corrente che passando tra due conduttori lineari, paralleli, di lunghezza infinita e sezione trascurabile posti ad una distanza di un metro nel vuoto producono tra essi una forza pari a 2*10^-7 N*m. Quantità di carica che attraversa la sezione del conduttore nell'unità di tempo.

Quantità di carica (C): multiplo della carica elettrica fondamentale, che è quantizzata e uguale a quella di protoni ed elettroni.

Reazioni di ossido-riduzione: Le soluzioni elettrolitiche conducono corrente elettrica, tramite uno spostamento di ioni.

Pila Daniel

Elettrodo: tramite metallico atto a favorire lo scambio di e- con un conduttore non metallico.

Principio di elettroneutralità: Viera che avvengano reazioni agli elettrodi. Le cariche devono essere sempre bilanciate.

Pila Daniell: inventata nel 1836 e sfruttava il prototipo della pila di Volta e apportando miglioramenti in termini di tensione e sicurezza d'uso.

Lo zinco metallico tende a ridurre indirettamente gli ioni Cu2+ a rame metallico; ossidandosi a ione Zn2+ causa l'erogazione di elettroni al circuito esterno. Questi sono poi captati dal polo positivo per cui vi si deposita rame

Celle galvaniche: Le semicelle possono essere chiamate anche elettrodi.

• Dove avviene l'ossidazione di una semicella è l'anodo, il polo negativo

• Dove avviene la riduzione è il catodo, il polo positivo

• Gli e- si muovono dall'anodo al catodo

Celle elettrolitiche: Una reazione di cella ha un suo verso di spontaneità, tuttavia è possibile invertire la reazione applicando una ddp estera che sia superiore a quella della pila

La pila si rappresenta partendo dall'anodo e ogni semicella viene disegnata nel verso in cui avviene il trasferimento di elettroni.

Classificazione degli elettrodi:

1. Il metallo è in equilibrio con una soluzione di suoi ioni.    Es Cu | Cu2+ || ...

2. Il metallo è in equilibrio con una soluzione di un suo sale poco solubile.   Es Ag | AgCl | Cl- || ...

3. Un metallo inerte immerso in una soluzione contenente una coppia redox.  Es Pt | Fe3+, Fe2+ || ...

4. Elettrodi a gas, un metallo inerte e poroso funge da interfaccia tra un gas e una soluzione di suoi ioni.  Es Pt, H2 | H+ || ...

Potenziali di celle deltaE e il lavoro elettrico We:

deltaE= Ecatodo - Eanodo

Potenziali di riduzione standard:

I potenziali di semicella non li si conosce in modo assoluto, ma solo in modo relativo. Si prende una coppia redox e si assegna arbitrariamente ad una delle due il potenziale zero. Per calcolarli si accoppiano separatamente con una semicella standard.

L'elettrodo di riferimento, arbitrariamente scelto, al quale viene attribuito per convenzione il potenziale E° = 0,00 V (a 25°C), è l'elettrodo standard a idrogeno. Esso è costituito da un filo di platino (Pt), intorno al quale gorgoglia idrogeno puro (H2) alla pressione di 1 atm; il filo è immerso in una soluzione 1 M di ioni H3O+

Sostituendo G con n*F*deltaE, con F costante di Faraday

A 25°C

Elettrodi di riferimento: Un elettrodo di riferimento è un elettrodo che presenta un potenziale di elettrodo ben determinato e stabile, indipendente dall'intensità di corrente che attraversa la cella elettrochimica in cui è inserito

Errori:

• Superficie lamina ossidata

• potenziali di giunto con il voltimetro

• potenziale di giunto liquido nel setto poroso ed è legato alle dimensioni e alla porosità del setto

Celle galvaniche in serie: La cella galvanica è un modello elettrochimico utilizzato per la spiegazione di sistemi reali, quali possono essere un fenomeno corrosionistico o una pila e in realtà una pila può essere composta da più celle galvaniche in serie: un esempio è la pila di Volta

La pila di Volta fu il primo generatore statico di energia elettrica mai realizzato. Inventata da Alessandro Volta nel 1799, nella sua residenza a Lazzate, essa costituisce il prototipo della batteria elettrica moderna.

La pila è formata da una colonna di più elementi simili sovrapposti, i cosiddetti elementi voltaici, consistenti in dischi di zinco alternati a dischi di rame e separati da uno strato intermedio di feltro o cartone imbevuto in acqua salata (buon conduttore). Al posto del rame è possibile usare anche l'argento e al posto dello zinco lo stagno.

Pila a secco Leclanchè: La pila Leclanchè è formata da un anodo di zinco e un catodo inerte in grafite, con funzione di conduttore.

​La pila è formata da due piccoli cilindri concentrici: quello più esterno è costituito dall'involucro di zinco, quello più interno è di materiale poroso (es. cartone); i due cilindri sono separati da una soluzione di NH4+Cl- su gelatina.

L'insieme cilindro di zinco + NH4Cl su gelatina costituisce l'anodo della pila (polo -). Lo scompartimento catodico è invece costituito dal cilindro di cartone riempito con MnO2 mescolato a grafite in polvere.

Accumulatore al piombo: Gli accumulatori al piombo sono delle pile reversibili; possono, infatti, accumulare corrente ( processo di carica ) oppure generare corrente ( processo di scarica ),in quanto la reazione di ossidoriduzione che avviene può procedere nei due sensi.

Gli accumulatori sono costituiti da un anodo (-) costituito da piastre in piombo e da un catodo (+) costituito da piastre in piombo rivestite da biossido di piombo ( PbO2 ); gli elettrodi sono immersi in un elettrolita, costituito da una soluzione circa al 20 - 30 % di acido solforico.

Celle a combustibile: Sistema aperto e funziona in continuo togliendo prodotti e aggiungendo reagenti. Ha un efficenza del 70% rispetto alla combustione che è del 40%. Idrogeno e ossigeno producono acqua e lavoro.

Elettrodo a vetro pH: 

• Fanno parte della classe degli elettrodi a membrana: una membrana di vetro di spessore molto esiguo (0,003- 0,1mm) separa due soluzioni elettrolitiche. Su di essa si può rilevare (tramite due elettrodi di riferimento) una differenza di potenziale che dipende in maniera riproducibile e definita dalle attività dell’idrogeno o di altri ioni presenti negli elettroliti.

• Cambiando la composizione del vetro: Potenziale dipendente in maniera logaritmica dall’attività di uno ione specifico, trascurando l’attività di altri ioni.

• Principio di funzionamento: Nei vetri, come nei liquidi, non è presente a livello atomico un ordine su larga scala, mentre su scala microscopica, esiste un certo grado di ordine. I vetri silicati sono composti da una rete di atomi di silicio posti al centro di tetraedri formati da quattro atomi di ossigeno.

La membrana quindi scambia protoni con la soluzione con cui è immersa e gli H+ si scambiano con  Na+. La zon anidra interna del vetro è un conduttore elettrico (Na+ si spostano).

CELLE ELETTROLITICHE

Elettrolisi: Processo chimico non-spontaneo di ossido-riduzione causato dal passaggio di corrente elettriche tra due elettrodi immersi in una soluzione acquosa di elettrodi.

• Gli elettrodi sono inerti (Pt, inox)

• ordine di scariche (E°)

• E° permette di stabilire il voltaggio minimo teorico da applicare --> presenti varie sovratensioni perché si va contro alla spontaneità ( superficie elettrodi, densità di corrente, T, specie chimiche, amalgamazione se l'elettrodo è di mercurio...).

Es: elettrolisi salamoia

Red  Na+ + e- --> Na                        E° =-2,71

         2H20 + 2e- --> H2 + 2OH-      E°=-0,42

Ox   2Cl- --> Cl2 + 2e-                       E° =1,358

        2H20 --> 4H+ + 02 + 4e-         E° =1,23

​Leggi di Faraday:

1) La massa di una sostanza prodotta in corrispondenza di un elettrodo durante l'elettrolisi è direttamente proporzionale alla quantità di carica trasferita nella cella elettrolitica.

2) La medesima quantità di carica elettrica, fatta passare attraverso più soluzioni di elettroliti diversi, produce, o fa consumare, un ugual numero di equivalenti chimici di questi elettroliti.

Processi di corrosione: ​

Il pezzo di ferro in alcune zone funge da catodo e l'altro da anodo.

• il danno più serio è sotto la vernice protettiva

• La presenza di elettroliti aumenta la velocità di corrosione

Per migliorare la situazione si rivestisce l'oggetto di un anodo sacrificale. Per esempio il ferro viene zincato e proprio lo zinco si corroderà per primo.  Infatti il potenziale del Fe è -0,41V mentre quello del Zn 

ALTRO SULLA CORROSIONE