Celle elettrolitiche

Le celle elettrolitiche sono un dispositivo elettrochimico per aumentare le reazioni di ossido non spontanee attraverso l'elettricità

Cosa sono le celle elettrolitiche?

IL celle elettrolitiche Sono dispositivi utilizzati per aumentare le reazioni chimiche della riduzione non spontanea mediante l'uso dell'elettricità. In altre parole, sono celle in cui viene eseguito il processo di elettrolisi, e quindi il suo nome.

È un particolare tipo di celle elettrochimiche. Ciò significa che sono dispositivi in ​​cui la specie che si ossida e quella che è ridotta non è in contatto diretto, ma si trovano in diversi compartimenti o reagiscono in elettrodi fisicamente separati.

Per questo motivo, lo scambio di elettroni tra le specie ossidanti e riduttori non si verifica direttamente, ma attraverso un conduttore esterno.

Nel caso in cui la reazione redox si verifichi spontaneamente, cioè senza l'aiuto di una fonte di energia esterna, parliamo di cellule galvaniche.

Un esempio è una batteria dell'auto. D'altra parte, se la reazione richiede una fonte di energia esterna, è una cella elettrolitica.

Funzionamento delle celle elettrolitiche

Ogni cella elettrolitica è formata da alcuni elementi di base che sono:

• Due elettrodi chiamati anodo e catodo.
• Una soluzione della sostanza che intendiamo presentare all'elettrolisi o, in mancanza di questa stessa sostanza in uno stato liquido (ad esempio, un sale fuso).
• Conduttori elettrici.
• Una fonte di alimentazione elettrica.

Il processo viene eseguito per reazioni che in condizioni normali non sono spontanee. Ciò significa che sono una riduzione delle reazioni di ruggine il cui potenziale cellulare, date le concentrazioni della specie e le condizioni di temperatura e pressione, è negativo.

Ciò implica che gli elettroni non hanno la tendenza a passare dalla specie che vogliamo ossidare verso cui vogliamo ridurre, ma piuttosto nella direzione opposta. Applicando una tensione esterna del segno opposto, possiamo investire il segno del potenziale cellulare, costringendo la reazione a verificarsi.

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Come ogni reazione redox, l'elettrolisi si verifica sotto forma di due semi -reazioni che si verificano separatamente nei due elettrodi. Questi sono chiamati catodo e anodo.

Il catodo

Il catodo è l'elettrodo collegato al polo negativo della fonte di energia ed è dove si verifica la semi -reazione della riduzione. È anche l'elettrodo a cui gli ioni positivi sono diretti durante l'elettrolisi. In effetti, è da dove viene il nome dei cationi.

Quando si rappresentano il processo di elettrolisi sotto forma di un diagramma cellulare, la semi -luce di riduzione che si verifica nel catodo viene sempre posizionata sul lato destro.

L'anodo

L'anodo è l'elettrodo contrario al catodo. Cioè, è l'elettrodo collegato alla potenza positiva della fonte di energia e in cui si verifica la semirale di ossidazione. È anche il luogo in cui gli ioni con carico negativo (anioni) sono diretti e sono sempre rappresentati sul lato sinistro del diagramma cellulare.

Flusso di elettroni in cella elettrolitica

Quando gli elettrodi sono collegati ai poli opposti di una fonte di energia che possiede un potenziale abbastanza, il circuito si chiude e viene generata una corrente elettrica. Questa corrente inizia all'anodo, dove le specie riducenti si ossida e perde elettroni.

Questi elettroni fluiscono attraverso il conduttore elettrico, guidati dalla differenza potenziale fino a raggiungere il catodo. Una volta sulla superficie del catodo, gli elettroni passano alla specie ossidante, riducendolo e completando la reazione redox.

In modo che il flusso di elettricità possa continuare, gli ioni nella soluzione o il sale fuso si spostano da un elettrodo all'altro. I cationi fluiscono sul catodo e gli anioni verso l'anodo.

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Sebbene sembrano essere due correnti in direzioni opposte, in realtà entrambe le correnti vanno nella stessa direzione. Questo perché i portatori di carico che si muovono in direzioni opposte hanno anche carichi opposti.

Tipi di cellule elettrolitiche

Cellule elettrolitiche di soluzione acquosa

Queste sono le cellule più comuni. Sono semplicemente costituiti da due elettrodi di un metallo inerte immerso in una soluzione di sale acquosa che vogliamo presentare all'elettrolisi.

Servono solo a ridurre le specie che hanno un potenziale di riduzione più positivo dell'idrogeno, a condizione che il pH sia neutro.

D'altra parte, servono solo a ossidare le specie che hanno un potenziale di ossidazione maggiore di quello dell'acqua tranne l'ossigeno.

Cellule elettrolitiche di sali fusi

Nei casi in cui la specie che vogliamo. Ciò richiede una cella speciale, come la cellula di Downs.

Applicazioni cellulari elettrolitiche

Le cellule elettrolitiche sono di grande importanza nel settore. Alcune delle applicazioni più importanti sono:

Accumulo di energia

L'elettrolisi consente di convertire l'energia potenziale elettrica in potenziale energia chimica. Le specie ridotte e ossidate durante il processo di elettrolisi diventano nuove specie in grado di reagire spontaneamente, rilasciando nuovamente l'energia invertita.

Produzione di alogeni elementari

Gli alogeni sono di grande importanza industriale. Tuttavia, non sono in natura elementare, poiché sono sostanze ossidanti molto reattive. Per questo motivo, molti degli alogeni possono verificarsi solo attraverso l'elettrolisi.

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Pura produzione di metallo

Lo stesso che si può dire degli alogeni si può anche dire dei metalli più reattivi della tavola periodica. Elementi come alcalini e metalli di rame possono essere ottenuti solo mediante elettrolisi di sali fusi e soluzioni acquose.

Esempi di cellule elettrolitiche nella vita quotidiana

Elettrolisi del fluoruro di sodio

L'elettrolisi fluoruro di sodio di sodio fuso viene utilizzata industrialmente per la produzione di sodio elementare e fluoro. Il fluoro può quindi essere usato per ottenere altri alogeni meno reattivi.

Elettrolisi del nitrato di rame

Nella produzione di rame industriale, ciò si ottiene attraverso l'elettrolisi delle soluzioni acquose dei suoi sali. Inoltre, il rame viene anche purificato mediante elettrolisi, ossidando e dissolvendolo da un elettrodo e depositandolo nell'altro.

Elettrolisi dell'acqua

L'elettrolisi di una soluzione acquosa di acido solforico decompone ossigeno e acqua idrogeno ed è uno dei modi più semplici per ottenere quest'ultimo elemento in forma pura.

Riferimenti

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