ELETTROLISI

L’elettrolisi è un procedimento col quale si ottengono trasformazioni chimiche attraverso la corrente elettrica.
Questo procedimento si effettua in una semplice apparecchiatura chiamata cella elettrolitica: due barrette composte da una sostanza inerte (preferibilmente grafite) vengono immerse in una vaschetta contenente una soluzione acquosa.
Il materiale di cui sono costituite le barrette deve essere inerte, altrimenti avvengono reazioni chimiche tra questo e le specie presenti in soluzione.
Le barrette sono collegate tramite un filo metallico ad un generatore di corrente elettrica (una pila), per cui saranno una positiva e l’altra negativa ed, ovviamente, non devono venire in contatto.
In pratica la pila “succhia” elettroni (negativi) da una barretta che risulterà positiva e li spinge sull’altra barretta che risulterà negativa.
Le due barrette vengono chiamate elettrodi. L’elettrodo positivo viene spesso chiamato anodo e quello negativo catodo.
Per effettuare una elettrolisi, bisogna sciogliere nell’acqua un elettrolita, cioè una sostanza che, in soluzione acquosa, si scinde in ioni.
Esempi di elettroliti sono i sali, gli acidi, gli idrossidi e gli ossidi basici.
L’elettrodo negativo attirerà gli ioni positivi, cedendo loro elettroni, e quello positivo attirerà gli ioni negativi, acquistando da questi elettroni.
In tal modo il circuito elettrico si chiude, ma dobbiamo sottolineare che, mentre nel conduttore metallico (conduttore di prima specie) il passaggio di corrente elettrica è dovuto ad un flusso di elettroni, nella soluzione acquosa di un elettrolita (conduttore di seconda specie) il passaggio di corrente elettrica è dovuto al libero muoversi degli ioni.
Le reazioni chimiche indotte dalla corrente elettrica sono reazioni di ossidoriduzione, in quanto gli ioni positivi, acquistando elettroni, diminuiscono il loro numero di ossidazione, cioè si riducono, mentre gli ioni negativi, cedendo elettroni, aumentano il loro numero di ossidazione, cioè si ossidano.
Per comprendere inizialmente con facilità il meccanismo di una elettrolisi, esaminiamo il caso dell’elettrolisi di NaCl (sale da cucina) fuso.
In questo esempio, dunque, non siamo in presenza di una soluzione acquosa, ma di un sale fuso.
Alla temperatura di 804°C, NaCl (Cloruro di Sodio) fonde, cioè passa allo stato liquido, e gli ioni che costituiscono la sua molecola (Na+  e  Cl-) lasciano le loro posizioni fisse ed hanno la possibilità di muoversi.
Lo ione positivo Na+ sarà attirato dall’elettrodo negativo, dove acquisterà un elettrone e si trasformerà in Sodio metallico Na:
Na+  +  e-  =  Na (Reazione chimica di riduzione)
Lo ione negativo Cl- sarà attirato dall’elettrodo positivo, dove cederà un elettrone e si trasformerà in Cloro gassoso:
Cl-  =  Cl  + e- (Reazione chimica di ossidazione)
Poichè la molecola del Cloro è biatomica, la reazione va scritta più correttamente così:
2Cl-  =  Cl2  +  2e-
Dunque la reazione chimica effettiva indotta dalla corrente elettrica su questo sale fuso sarà:
2NaCl  =  2Na + Cl2
Si noti che, con questo semplice procedimento, abbiamo ottenuto da un sale, un metallo ed un gas, sostanze completamente diverse da quella di partenza.
Facciamo adesso un passo avanti descrivendo l’elettrolisi di questo stesso sale (NaCl) in soluzione acquosa.
Essendo un elettrolita, NaCl in soluzione acquosa si scinde in ioni:
NaCl  =  Na+  +  Cl-
ma nell’acqua saranno presenti anche un piccolissimo numero di ioni H+  e  OH- provenienti dalla dissociazione elettrolitica dell’acqua:
H2O  =  H+  +  OH-
Oltre ovviamente alle molecole di acqua indissociate.
Questi ioni H+ ed OH- sono però talmente pochi che non si scaricano agli elettrodi.
Le reazioni effettive che avvengono in questa elettrolisi sono:
All’elettrodo positivo (anodo):
2Cl-  =  Cl2 (Cloro)  + 2e-
All’elettrodo negativo (catodo).
2H2O  +  2e-  =  H2 (Idrogeno)  +  2OH-
Come si vede, nella “corsa” all’elettrodo negativo, l’acqua (H2O) ha la meglio sugli ioni Na+.
Le motivazioni di quest’ultimo fatto vanno ricercate nei potenziali standard di ossidazione e riduzione, argomento che tralasciamo in questa esposizione elementare.
In definitiva, dall’elettrolisi di NaCl in soluzione acquosa otterremo Cloro gassoso, che vedremo gorgogliare all’anodo ed Idrogeno gassoso, che vedremo gorgogliare al catodo.
In soluzione resteranno gli ioni Na+ provenienti dalla dissociazione di NaCl e gli ioni OH- che si formano al catodo, per cui la soluzione acquosa sarà diventata una soluzione di Idrossido di Sodio NaOH (soda caustica) che potrà essere recuperata per evaporazione dell’acqua.
Come terzo ed ultimo esempio riportiamo quella che comunemente viene definita “elettrolisi dell’acqua”, in quanto estrae dall’acqua i gas Idrogeno (H2) ed Ossigeno (O2).
Abbiamo detto che l’acqua pura si dissocia in minima parte in ioni e, praticamente, non conduce la corrente elettrica, per cui si pone in soluzione Acido Solforico (H2SO4), in quanto gli ioni generati dalla sua dissociazione in acqua non entrano in competizione con le molecole d’acqua nella “corsa” agli elettrodi.
Le reazioni che effettivamente avvengono agli elettrodi sono le seguenti:
All’elettrodo positivo (anodo):
2H2O  =  O2 (Ossigeno)  +  4H+  4e-
All’elettrodo negativo (catodo):
2H2O  +  2e-  =  H2 (Idrogeno)  +  2OH-
Concludiamo ricordando che l’elettrolisi è alla base di numerosi processi industriali, ma viene usata solo quando non vi è altro modo per produrre una data sostanza, dati gli alti costi dell’energia elettrica.
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