Elettrolisi
L'elettrolisi è un processo in cui l'energia elettrica cambia in energia chimica. Il processo avviene in un elettrolita, una soluzione acquosa o una fusione salina che dà agli ioni la possibilità di trasferirsi tra due elettrodi. L'elettrolita è il collegamento tra i due elettrodi che sono anche collegati a una corrente continua. Questa unità è chiamata cella di elettrolisi ed è mostrata nell'immagine seguente:
Se applichi una corrente elettrica, gli ioni positivi migrano al catodo mentre gli ioni negativi migreranno all'anodo. Gli ioni positivi sono chiamati cationi e sono tutti metalli. A causa della loro valenza hanno perso elettroni e sono in grado di captare elettroni. Gli anioni sono ioni negativi. Trasportano più elettroni del normale e hanno l'opportunità di rinunciarvi. Se i cationi entrano in contatto con il catodo, recuperano gli elettroni che hanno perso per tornare allo stato elementare. Gli anioni reagiscono in modo opposto. Se hanno contatto con l'anodo, rinunciano ai loro elettroni superflui e diventano lo stato elementare. All'elettrodo, i cationi saranno ridotti e gli anioni saranno ossidati.
Per controllare le reazioni nella cella puoi scegliere tra diversi materiali per elettrodi. Così come puoi usare vari elettroliti per reazioni ed effetti speciali. L'elettrolita contiene gli ioni che conducono la corrente.
Ad esempio, se vuoi galvanizzare un pezzo di metallo viene utilizzato come catodo. Gli ioni metallici dell'anodo migrano verso il catodo e diventano uno strato sottile sulla superficie del pezzo che deve essere zincato.
Per produrre rame molto puro devi scegliere un anodo di rame inquinato, che sarà pulito mediante elettrolisi. Il rame ottiene come ioni Cu2+ in soluzione e precipita sul catodo uno strato di rame più puro di prima. L'inquinamento dell'anodo non reagirà come il rame. I metalli con un carattere più nobile del rame non reagiranno. Cadono a terra e costruiscono il fango anodico. Anche i metalli con un potenziale standard inferiore al rame verranno elettrolizzati e migreranno al catodo.
Anche argento viene pulito in questo modo.
Per prevedere le reazioni dell'elettrolisi la “serie elettrochimica elettromotrice” viene utilizzato. Puoi trovare in questa tabella (vedi un frammento sotto) gli elementi ordinati in base ai loro potenziali standard (E0). Il potenziale standard mostra la capacità, per quanto riguarda gli 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. Ciò significa che gli elementi con un potenziale negativo erano più facili da ossidare rispetto all'idrogeno e gli elementi con un potenziale positivo erano più difficili da ossidare rispetto all'idrogeno.
La tabella sopra mostra la serie elettrochimica elettromotrice (potenziale standard a 25ºC)
Generalmente “positivo” i metalli sono nobili opposti al “negativo” metalli. Con l'eccezione di alcuni elementi è possibile prevedere con il potenziale standard che si verificano nella crosta terrestre. I metalli nobili sono generalmente in uno stato di metallo puro mentre i metalli non nobili si trovano normalmente come composti.
Seguendo il pensiero sopra la possibilità di ossidare e anche di ridurre è una funzione del potenziale standard. A seguito di ossidanti forti (saranno ridotti) hanno un potenziale standard negativo e agenti riducenti forti hanno un valore positivo elevato.
I processi di elettrolisi sono difficili da controllare. Il processo di corrosione galvanica è normalmente una reazione indesiderata, che provoca danni a tubazioni, telai e molti altri oggetti metallici. Il processo è convertito dalla tecnica dell'elettrolisi che mira dalle differenze di potenziale dei diversi metalli utilizzati. Per ridurre i danni si può utilizzare ad esempio un altro anodo, che risulterà ossidato più facilmente del materiale. Inoltre puoi utilizzare un'unità di rimozione ionica.