Elettrolisi

L'elettrolisi è un processo dove l'energia elettrica si trasforma in energia chimica. Il processo avviene in un elettrolita, una soluzione acquosa o una fusione del sale che dà agli ioni la possibilità di trasferirsi fra due elettrodi. L'elettrolita è il collegamento fra i due elettrodi che sono anche collegati ad una corrente continua. Questa unità è denominata cella elettrolitica ed è raffigurata nell'immagine qui sotto:

Se si applica una corrente elettrica, gli ioni positivi migrano al catodo mentre gli ioni negativi migrano all'anodo. Gli ioni positivi sono chiamati cationi e sono tutti i metalli. Data la loro valenza ad essi mancano elettroni e sono quindi in grado di assumerne. Gli anioni sono ioni negativi. hanno più elettroni del normale ed hanno quindi la tendenza
a cederne. Se i cationi entrano in contatto con il catodo, assumono gli elettroni che gli mancano e si transformano in
stato elementare. Gli anioni reagiscono in senso opposto: quando entrano in contatto con l'anodo, cedono i propri elettroni in eccesso trasformandosi in stato elementare. All'elettrodo, i cationi vengono ridotti e gli anioni vengono ossidati.

Per controllare le reazioni della cella si puo' scegliere fra diversi materiali per gli elettrodi. Così come si possono usare diversi elettroliti per speciali effetti e reazioni. L'elettrolita contiene gli ioni, che conducono la corrente.

Per esempio, se si vuole galvanizzare si usa come catodo un pezzo di metallo. Gli ioni del metallo all'anodo migrano al catodo e si transformano in in uno strato sottile sulla superficie della parte che deve essere galvanizzata.

Per produrre rame molto puro bisogna scegliere un anodo di rame sporco, che verrà pulito tramite elettrolisi. Il rame prende gli ioni Cu2+ in soluzione e precipita sul catodo uno strato di rame più puro di prima. Le impurita' all'anodo non reagiscono come il rame. I metalli con un carattere più nobile del rame non reagiscono: cadono a terra formando il fango dell'anodo. Anche i metalli con un potenziale standard simile al rame vengono elettolizzati e migrano al catodo.
Anche l'argento viene pulito con questa tecnica.

Per predire le reazioni elettrolitiche si usa "la serie elettromotrice elettrochimica". In tale tabella (un frammento e' riportato qui sotto) si possono trovare gli elementi ordinati secondo i loro potenziali standard (E₀). Il potenziale standard mostra la capacita', rispetto agli ioni idrogeno, di cedere elettroni. In questa tabella il potenziale standard dell'idrogeno è 0. Gli altri elementi hanno un potenziale standard positivo o negativo. Cio' significa che gli elementi con un potenziale negativo sono
più facili da ossidare rispetto all'idrogeno e gli elementi con un potenziale positivo sono più difficili da ossidare rispetto all'idrogeno.

Li/ Li⁺ -3,04 mV

K/ K⁺ -2,92 mV

Ca/ Ca²⁺ -2,87 mV

Na/ Na⁺ -2,71 mV

Mg/ Mg²⁺ -2,37 mV

Mn/ Mn²⁺ -1,18 mV

2 H₂O/ H₂+ 2OH^- -0,83 mV

Zn/ Zn²⁺ -0,76 mV

Cr/ Cr³⁺ -0,74 mV

Fe/ Fe²⁺ -0,56 mV

Fe/ Fe³⁺ -0,44 mV

Cd/ Cd²⁺ -0,40 mV

Ti/ Ti²⁺ -0,34 mV

Co/ Co²⁺ -0,28 mV

Ni/ Ni²⁺ -0,23 mV

Sn/Sn²⁺ -0,14 mV

Pb/ Pb²⁺ -0,13 mV

H₂/ 2H⁺ ±0,00 mV

Cu/Cu⁺ +0,34 mV

2 Hg/ Hg₂²⁺ +0,79 mV

Ag/ Ag⁺ +0,80 mV

Hg/ Hg²⁺ +0,85 mV

Pt/ Pt²⁺ +1,20 mV

Cl₂/ 2Cl^- +1,36 mV

Au/ Au⁺ +1,50 mV

F₂/ 2F^- +2,87 mV

La tabella qui sopra mostra la serie elettromotrice elettrochimica (potenziale standard a 25ºC)

I metalli genralemtne "positivi" sono opposti ai metalli "negativi". Con l'eccezione di pochi elementi si puo' prevedere con quale potenziale standard si trovano sulla crosta terrestre. I metalli nobili si trovano generalmente nello stato di metallo puro mentre i metalli non nobili si trovano normalmente come composti.

Seguendo le considerazioni sopra riportate la possibilità di ossidare ed di ridurre è funzione del potenziale standard. Ne consegue che gli ossidanti forti (che saranno ridotti) hanno un potenziale standard negativo e gli agenti riduttori forti hanno un alto valore positivo.
I processi di elettolisi sono difficili da controllare. Il processo galvanico di corrosione è normalmente una reazione
indesiderata, che causa danni in condutture, strutture e a molte altre parti metalliche. Il processo correttivo è l'inversione della tecnica elettolitica che mira a ristabilire le differenze di potenziale dei metalli usati. Per ridurre i danni si possono per esempio utilizzare un altro anodo, che viene ossidato più facilmente rispetto al materiale. Si puo' inoltre usare un'unità di rimozione ionica.