Evoluzione Storica: Il Fluido Elettrico
Le radici dell’elettrochimica risalgono alle osservazioni sui fenomeni elettrostatici (ambra e vetro). Benjamin Franklin propose l’esistenza di un “fluido elettrico”:
- Carica Positiva: definita arbitrariamente come un eccesso di fluido (tipica del vetro sfregato).
- Carica Negativa: definita come un difetto di fluido (tipica della resina).Questi studi pionieristici, insieme alle osservazioni di Galvani sulle contrazioni muscolari (elettricità animale) e l’invenzione della pila di Volta, hanno gettato le basi per la comprensione della natura elettrica della materia, poi confermata dalla meccanica quantistica.
L’Elettrolisi e le Leggi di Faraday
L’elettrolisi è il processo che utilizza energia elettrica per produrre trasformazioni chimiche non spontanee. Attraverso l’uso di un voltametro, Faraday stabilì le leggi quantitative che regolano il deposito di materia agli elettrodi:
- Prima Legge: La massa di sostanza liberata è direttamente proporzionale alla quantità di carica elettrica passata.
- Seconda Legge: Per una stessa quantità di carica, le masse delle diverse sostanze liberate sono proporzionali ai loro equivalenti chimici.L’unità di misura fondamentale è il Faraday (F), che rappresenta la carica di una mole di elettroni (circa 96485 Coulomb).
Celle Galvaniche e Forza Elettromotrice
A differenza dell’elettrolisi, le celle galvaniche (o pile) trasformano l’energia chimica di una reazione spontanea in energia elettrica. La forza elettromotrice (fem) della cella è legata alla variazione di energia libera di Gibbs.
Il Potenziale di Nernst e la Misura del pH
Il potenziale di un elettrodo dipende dalla concentrazione (o attività) delle specie chimiche in soluzione, come descritto dall’equazione di Nernst. Sperimentalmente, è stato dimostrato che tra due soluzioni a diversa concentrazione separate da una membrana si genera una differenza di potenziale.
Questa proprietà è alla base del funzionamento del pH-metro, che utilizza un elettrodo a vetro:
- All’interno del bulbo è presente una soluzione a concentrazione di ioni H+ nota e costante.
- La differenza di potenziale misurata rispetto a un elettrodo di riferimento è proporzionale al logaritmo della concentrazione di H+ della soluzione esterna.A 298 K, la relazione diventa lineare rispetto al valore di pH, permettendo una misura precisa dell’acidità.
Conducibilità e Trasporto Ionico
Il trasporto di carica nelle soluzioni elettrolitiche avviene tramite il movimento degli ioni. La facilità con cui una soluzione conduce corrente è definita dalla sua conducibilità, influenzata dalla mobilità ionica e dalla viscosità del solvente. Questi parametri sono fondamentali per comprendere la cinetica dei processi elettrochimici e la stabilità dei sistemi in soluzione.
Questo è solo un breve riassunto di ogni argomento, definizione e dimostrazione presente nel file sottostante. Tutti gli argomenti trattati sono appunti delle lezioni di Chimica – fisica I (A.A. 2023/2024). Per la stesura di questi appunti è stato utilizzato anche il libro “Chimica fisica di G. K. Vemulapalli” e “Chimica fisica P. Atkins”.
