L’elettrochimica studia la conversione tra energia chimica ed energia elettrica. Una reazione redox può generare lavoro elettrico in una cella galvanica, oppure può essere forzata da una corrente esterna durante l’elettrolisi.
Il punto comune è il trasferimento di elettroni: l’ossidazione libera elettroni, la riduzione li consuma. Separando spazialmente le due semireazioni, il passaggio di elettroni può essere incanalato in un circuito esterno.
Regole operative
| Elemento | Significato |
|---|---|
| anodo | sede dell’ossidazione |
| catodo | sede della riduzione |
| cella galvanica | reazione spontanea, produce corrente |
| cella elettrolitica | reazione non spontanea, consuma corrente |
L’anodo è sempre il luogo dell’ossidazione e il catodo è sempre il luogo della riduzione. Cambia invece il segno elettrico dell’elettrodo: nella pila galvanica l’anodo è negativo, nell’elettrolisi l’anodo è positivo.
Potenziale e spontaneità
Il potenziale di cella si calcola come:
La termodinamica è:
e in condizioni standard:
Se E_{\text{cella}}>0, allora \Delta G<0 e la cella galvanica può erogare lavoro elettrico. Se la trasformazione non è spontanea, serve fornire energia elettrica dall’esterno.
Il potenziale standard deriva dai potenziali standard di elettrodo. In condizioni non standard si usa l’equazione di Nernst:
Carica ed elettrolisi
La quantità di sostanza trasformata per elettrolisi è proporzionale alla carica passata. Con q=It:
Qui m è la massa depositata o consumata, M la massa molare, I la corrente, t il tempo, n il numero di elettroni scambiati per unità di specie e F la costante di Faraday.
Errori comuni
- Confondere anodo e catodo con il segno elettrico: le definizioni corrette sono ossidazione e riduzione.
- Usare potenziali standard senza correggere le concentrazioni quando le condizioni non sono standard.
- Dimenticare il numero di elettroni n nelle relazioni con \Delta G o con la massa elettrolitica.
- Usare la corrente I al posto della carica totale q=It nei problemi di elettrolisi.
Vedi anche: Cella galvanica, Elettrolisi, Ossidoriduzione, Potenziale standard di elettrodo, Equazione di Nernst, Sovratensione elettrochimica, Equazione di Butler-Volmer, Energia libera di Gibbs.