Introduzione
Il primo esperimento di elettrolisi della storia fu realizzato nel 1800 da due inglesi, Nicholson e Carlisle, che utilizzarono la pila appena inventata da A. Volta. Questo esperimento si propone di verificare in quali condizioni la corrente elettrica passa nell'acqua e in altri liquidi e quali effetti produce.
Materiale occorrente
· Due pile da 4,5 V
· Becher
· Fili elettrici e due elettrodi
· Acqua e altri liquidi
· Cloruro di sodio e altre sostanze solubili in acqua
Procedimento
· Si prova l'elettrolisi dell'acqua pura e in acqua salata in un becher applicando 4,5 V e 9 V. Si descrivono i fenomeni osservabili.
· Si dispone un amperometro in serie per misurare l'intensità di corrente e stabilire così misure di resistenza e di resistività.
· Si sciolgono in acqua altre sostanze e si eseguono le stesse prove.
· Si eseguono le stesse prove con altri liquidi, per esempio con acque minerali di cui è dichiarata la conduttività sull'etichetta.
Conclusioni
a) Quali sono i risultati delle misure effettuate?
b) Che cosa si può concludere in proposito?
c) Da che cosa è determinata la conduzione elettrica nell'acqua?
d) Perché avviene solo quando vi sono disciolte determinate sostanze?
e) Al catodo (negativo) si libera idrogeno e all'anodo (positivo) si libera ossigeno. Quali sono le utilità di questa dissociazione?
f) Quali sono state le difficoltà principali di questa esperienza?
g) Come proponi di risolverle?
h) Che cosa muteresti in questa esperienza, per renderla più efficace?
Note per l’insegnante
Se si realizza l’elettrolisi dell’acqua pura, si ottiene al catodo idrogeno e all'anodo ossigeno. Ma non è un’operazione facile, a causa della piccola quantità di ioni presenti in essa. In una soluzione acquosa di un sale, di un acido o di una base, si ottiene più facilmente l’elettrolisi, ma ciò che accade intorno agli elettrodi dipende dalla natura della sostanza elettrolitica utilizzata e degli elettrodi stessi. Per esempio, nell’ipotesi che gli elettrodi siano di grafite, e che quindi non siano coinvolti dalle reazioni chimiche, l’elettrolisi più banale, quella della soluzione acquosa di cloruro di sodio, presenta il seguente comportamento:
le molecole del sale si separano nell’acqua in ioni sodio Na+ (con carica positiva) e in ioni cloro Cl- (con carica negativa):
NaCl à Na+ + Cl-
Gli ioni negativi si dirigono verso la bacchetta di segno opposto, l’anodo, dove cedono elettroni. Così, diventano atomi neutri di cloro gassoso, i quali, ormai liberi dalle forze elettriche, salgono in superficie sotto forma di bollicine che puoi facilmente osservare.
Anche al catodo si libera un gas: è idrogeno. Infatti, dalla scissione delle molecole dell’acqua (H2O), si ottengono ioni positivi H+ e ioni negativi OH-:
H2O à H+ + OH-
Gli ioni positivi si dirigono verso la bacchetta di segno opposto, il catodo, dove acquistano elettroni; così, diventano atomi neutri di idrogeno gassoso, che sfuggono sotto forma di bollicine. Quelli negativi, invece, si ricombinano con gli ioni sodio Na+, formando idrossido di sodio (NaOH), che resta in soluzione nell’acqua:
Na+ + OH- à NaOH