Elettrolisi di una soluzione salina

Elettrolisi di una soluzione salina
Micaela Chiaro - Sara Frisatto
Classe IV A
Obbiettivi
•
Verificare che il composto NaCl in soluzione acquosa conduce la corrente elettrica
•
Dimostrare che ,in corrispondenza del catodo, l’acqua si riduce liberando ioni OH⁻ e idrogeno gassoso.
Materiale occorrente
Sale da cucina
Becker
Filo elettrico
Pila da 4,5 volt
Lampadina da 1,5 volt
Acqua distillata
Fenolftaleina
Provetta
Fiammiferi
Spruzzetta
Descrizione della prova
Versiamo l’acqua distillata all’interno di un becker ,dopodichè aggiungiamo sale da cucina ,mescolando fino a
completa soluzione. Realizziamo due semplicissimi circuiti elettrici aperti ,utilizzando filo elettrico ,una pila e una
lampadina. Inseriamo poi le due estremità libere del filo elettrico all’interno del becker contenente la soluzione
salina ,avendo cura di tenerle sempre distanziate. Osserviamo che la lampadina emette una luce ,seppur flebile
,per alcuni minuti. La spiegazione di tale fenomeno deriva dal fatto che il sale da cucina è un elettrolita : in
soluzione acquosa si scinde in ioni e ha la capacità di condurre la corrente elettrica.
Il catodo ( negativo) attirerà gli ioni positivi, cedendo loro elettroni ,viceversa l’anodo (positivo) attirerà gli ioni
negativi, acquistando da questi elettroni. gli ioni positivi, acquistando elettroni, diminuiscono il loro numero di
ossidazione (si riducono) mentre gli ioni negativi, cedendo elettroni, aumentano il loro numero di ossidazione (si
ossidano).
Osserviamo inoltre che in corrispondenza del catodo si verifica la formazione di bollicine. Dal momento che si
tratta di una soluzione acquosa ,possiamo avanzare l’ipotesi che si sia verificata la riduzione dell’acqua a idrogeno
e ioni OH⁻. Possiamo verificare la presenza di ioni OH⁻ aggiungendo alla soluzione la fenolftaleina ,indicatore
del Ph che assume colore rosato quando la soluzione è basica. La presenza degli ioni OH⁻ spiega il motivo per
cui il circuito elettrico ,pur non essendo chiuso ,ha la capacità di condurre l’energia elettrica : tra le due estremità
del filo immerse nella soluzione si crea infatti un “ponte ionico”. Dopo un certo periodo di tempo che varia in
base alla quantità di NaCl utilizzata ,la lampadina si spegne ,a causa dell’esaurimento degli ioni OH⁻.
Avendo osservato le bollicine in corrispondenza del catodo e avendo ipotizzato che si tratti di idrogeno
,procediamo a verificarlo. Utilizzando una spruzzetta nella quale abbiamo riprodotto una soluzione analoga di
acqua e sale, riempiamo una provetta ,rovesciandola successivamente dentro al becker. Al suo interno inseriamo
l’estremità libera del filo elettrico dalla quale provengono le bollicine, tenendola capovolta e immersa nella
soluzione in modo tale che l’idrogeno gassoso si raccolga al suo interno. Dopo alcuni minuti estraiamo la
provetta dalla soluzione ,prestando attenzione a tapparne l’estremità ,così da non far fuoriuscire il gas.
Accendiamo poi un fiammifero e lo introduciamo all’interno della provetta :si verifica un piccolo scoppio
Pertanto possiamo affermare che si tratti effettivamente di idrogeno.
Spiegazione del fenomeno osservato
Nella soluzione salina sono presenti diverse specie chimiche ,le quali possono ossidarsi o ridursi.
Al catodo ,oltre alla reazione di riduzione degli ioni Na⁺, può verificarsi anche la reazione di riduzione
dell’idrogeno contenuto nell’acqua :
2H₂O +2e⁻→ H₂₂ + 2OH⁻⁻
In effetti è proprio quest’ultima reazione a verificarsi ,dal momento che come prodotto dell’elettrolisi si osserva
lo sviluppo di idrogeno gassoso. Tale reazione è favorita rispetto alla riduzione di Na⁺ ,poiché l’idrogeno si
riduce più facilmente dello ione sodio ,come si può dedurre confrontando i rispettivi potenziali di riduzione.
Analogamente all’anodo si possono ossidare sia lo ione Cl⁻ sia l’acqua. Tuttavia viene ossidata per prima la specie
chimica che cede più facilmente elettroni ,ovvero che ha un potenziale di riduzione più basso. In questo caso
viene favorita l’ossidazione dell’acqua ,con conseguente formazione di ossigeno :
2H₂O → O₂₂ + 4H⁺ + 4e⁻