Concetto di elettrolisi, tipologie ed esercizi risolti

Elettrolisi si tratta di un processo non spontaneo, cioè non naturale, in cui le sostanze si formano per scarica elettrica in composti fusi o disciolti in acqua. In questo processo, una corrente elettrica raggiunge un contenitore di vetro (vasca elettrolitica) che ha due elettrodi inerti (che non soffrono o ossidazione né riduzione) formato da grafite o platino. Questi elettrodi sono collegati a una sorgente elettrica (solitamente a batteria) e immerso in un sale o una base fusa o disciolta in acqua. Proprio come il batteria, l'elettrolisi ha un catodo (dove avviene la riduzione) e un anodo (dove avviene l'ossidazione).

Sommario

• L'elettrolisi è un processo non spontaneo;

• Si possono formare sostanze semplici o composite;

• Può verificarsi con un soluto fuso (elettrolisi ignea);

• Può verificarsi con un soluto disciolto in acqua (elettrolisi acquosa);

• Un catione subisce sempre una riduzione al catodo;

• Un anione subisce sempre ossidazione all'anodo.

Vedi anche:Ottenere alluminio dall'elettrolisi

Rappresentazione dei componenti di una vasca elettrolitica

Tipi di elettrolisi

È un'elettrolisi che si verifica quando viene effettuata una scarica elettrica su un composto ionico fuso. Il composto ionico è quello formato da un legame ionico, come a sale o un base inorganico. Quando parliamo di composto fuso, a sua volta, ci riferiamo al composto che passa dallo stato solido allo stato liquido.

- Esempio di elettrolisi ignea

Quando eseguiamo la fusione del cloruro di potassio (KCl), questo sale subisce il processo di dissociazione, liberando il catione potassio (K⁺) e l'anione ioduro (l^-).

Equazione di dissociazione per cloruro di potassio

Quando la corrente elettrica arriva nella cella elettrolitica con questi ioni, il catione potassio va incontro a riduzione, formando potassio metallico (K), e l'anione ioduro subisce ossidazione, formando iodio solido (I₂).

Equazione di formazione del potassio solido

Equazione di formazione dello iodio solido

È un'elettrolisi che si verifica quando la scarica elettrica viene effettuata su una soluzione acquosa (ha acqua) formata da un sale o da una base inorganica.

- Esempio di elettrolisi acquosa

Quando dissolviamo il cloruro di sodio in acqua, si dissocia e l'acqua subisce la ionizzazione:

Equazioni di ionizzazione dell'acqua ed equazioni di dissociazione del cloruro di sodio

Come catione di sodio (Na⁺) appartiene alla famiglia IA, il catione idronio (H⁺) passa attraverso lo scarico e va incontro a riduzione, formando gas idrogeno (H₂).

Equazione di formazione del gas idrogeno

Come cloruro (Cl^-) non è ossigenato (non ha ossigeno) e non è fluoruro (F^-), si scarica ossidandosi e formando cloro gassoso (Cl₂).

Equazione di formazione del gas di cloro

Scarica ionica selettiva

Durante un processo di elettrolisi in un mezzo acquoso (soluzione formata da acqua e un soluto), avremo sempre due cationi: l'idronio, dall'acqua, e qualsiasi altro, dal dissociazione del sale (esempio di soluto). Avremo anche due anioni: l'idrossile, che deriva dall'acqua, e un altro, che deriva dal sale.

Ioni dalla ionizzazione dell'acqua e dalla dissociazione del sale

- Scarico selettivo per cationi e anioni

• Se il catione del soluto appartiene alla famiglia IA, IIA o IIIA, l'idronio (H⁺) sarà ridotto;

• Se il catione proveniente dal soluto non appartiene alle famiglie sopra menzionate, subirà la riduzione.

• Se l'anione del soluto ha ossigeno nella sua composizione o è un fluoruro (F^-), l'idrossido (OH^-) subirà ossidazione;

• Se l'anione del soluto non ha le caratteristiche di cui sopra, subirà ossidazione.

È noto che l'acqua ha la capacità di autoionizzarsi, producendo ioni idronio (H⁺) e idrossido (OH^-), ma questa ionizzazione è molto limitata. Questo fatto è dimostrato dall'inefficienza dell'acqua pura nel condurre la corrente elettrica.

Ad esempio elettrolisi comporta una scarica elettrica, per effettuare l'elettrolisi dell'acqua è necessario sciogliere un soluto, il che favorisce lo scarico selettivo di idronio e idrossido (come visto nell'argomento scarico selettivo).

Se aggiungiamo solfato di sodio (Na₂SOLO₄), ad esempio avremo nel mezzo i cationi sodio (Na⁺) e idronio (H⁺), così come anioni idrossido (OH^-) e solfato (SO₄^-2). Quindi, quando la corrente elettrica arriva nel serbatoio elettrolitico:

• l'idronio verrà scaricato, riducendosi, perché il sodio appartiene alla famiglia IA;

Equazione di formazione del gas idrogeno

• l'idrossido andrà incontro a scarica, ossidandosi, perché il solfato ha ossigeno nella sua composizione.

Equazione di formazione del gas di ossigeno

Poiché i due ioni (catione e anione) provenienti dall'acqua si sono scaricati, diciamo che è avvenuta l'elettrolisi dell'acqua.

Vedi anche: Aspetti quantitativi dell'elettrolisi

• Produzione di sostanze semplici come il gas idrogeno (H₂), gas ossigeno (O (₂) eccetera.;

• Produzione di sostanze composite come idrossido di sodio (NaOH), acido solforico (H₂SOLO₄) eccetera;

• Rivestire una parte con un metallo particolare, come rame (rame) e oro (placcatura in oro);

• Utilizzare per rimuovere un determinato metallo dal minerale.

Esercizi risolti sull'elettrolisi

Esempio 1 - (Vunesp) Una soluzione acquosa di CuCℓ₂ viene sottoposto ad elettrolisi, utilizzando elettrodi di platino. L'affermazione corretta è:

a) La riduzione dello ione Cu avviene al catodo²⁺.

b) L'ossidazione dello ione Cu avviene all'anodo²⁺.

c) Si forma cloro gassoso al catodo.

d) Parte dell'anodo di platino si dissolve, formando Pt²⁺.

e) I prodotti di questa elettrolisi sarebbero diversi se l'elettrolisi di CuCl₂ erano ardenti (fusione).

a) Corretto. Quando CuCl₂ è disciolto in acqua, abbiamo i cationi idronio (H⁺) e rame II (Cu⁺²). Poiché il catione rame II non appartiene alle famiglie IA, IIA e IIIA, è ridotto.

b) Falso, in quanto l'anione cloruro (Cl) è ossidato all'anodo^-), che non ha ossigeno nella sua composizione e non è fluoruro (F^-).

c) Falso, perché la riduzione del catione rame II avviene al catodo, quindi si ha formazione del rame metallico.

d) Falso, poiché gli elettrodi di platino o di grafite nell'elettrolisi conducono solo elettricità, non partecipano al processo.

e) Falso, poiché l'elettrolisi ignea del cloruro di rame II (CuCl₂) presenterebbe esattamente gli stessi prodotti di quello acquoso, in quanto gli ioni presenti sarebbero il rame II (Cu⁺²) e il cloruro (Cl^-1).

Esempio 2- (UFRN) Considera i seguenti sistemi:

IO. Cloruro di sodio fuso;

II. Soluzione acquosa di cloruro di sodio;

III. Idrossido di sodio fuso;

IV. Soluzione acquosa di idrossido di sodio.

Quelli che possono fornire sodio, se sottoposti ad elettrolisi, sono:

a) solo I e II.

b) solo I e III.

c) solo II e IV.

d) solo III e IV.

e) I, II, III e IV.

I sistemi che forniscono sodio metallico come prodotto al catodo sono I e III.

I- L'unico catione presente nel mezzo è il catione sodio, quindi solo lui può ridursi formando sodio metallico.

II- Questo sistema non fornisce sodio metallico perché il cloruro di sodio è stato sciolto in acqua, quindi nel mezzo abbiamo la presenza di cationi di sodio (Na⁺) e idronio (H⁺) - questo è colui che subisce la riduzione, in quanto il sodio appartiene alla famiglia IA.

III- L'unico catione presente nel mezzo è il catione sodio (perché il materiale è stato sottoposto a fusione), quindi solo esso subisce una riduzione, formando sodio metallico;

IV- Questo sistema non fornisce sodio metallico perché l'idrossido di sodio è stato sciolto in acqua, quindi nel mezzo abbiamo la presenza di cationi di sodio (Na⁺) e idronio (H⁺) - questo è colui che subisce la riduzione, in quanto il sodio appartiene alla famiglia IA.

Di Me. Diogo Lopes Dias