Cella elettrolitica

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al-ham-bic

2010-04-10 20:44

Per la sintesi del K bromato (ved. post dedicato a parte) avevo iniziato con due semplici carboncini immersi in un becker; poi visto che la sintesi lo meritava e che una semplice cella elettrolitica è sempre utile, ho provveduto a costruirla in maniera un po' più decente.

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Posto il carbone come materiale multiuso per gli elettrodi, mi sono procurato due carboni di storta "per scriccatura" (event. ved. Google). Sono simili a quelli delle pile zinco-carbone, ma lunghi circa 30 cm e ramati in superficie. Purtroppo non sono facili da trovare, ma il solito amico ha provveduto...

Per sramare i carboni basta immergerli nell'HNO3 semiconcentrato e lasciarceli quanto basta; poi lavarli accuratamente ed il gioco è fatto.

Fin che si sramavano i carboni, ho preparato il supporto per gli stessi da porre in testa alla cella.

Con una punta a tazza da 60 mm ed il trapano a colonna ho ricavato un disco da un ritaglio di lastra di plexiglass spessa 12 mm, praticando poi due fori dell'esatto diametro dei carboni (6,5 mm) per il passaggio degli stessi. Questi devono inserirsi a pressione nei fori, con perfetta tenuta, per evitare trafilatura di tracce di liquido durante l'elettrolisi. Questa è l'operazione più delicata perchè gli elettrodi sono molto fragili e per flessione si rompono facilmente. Inseriti i carboni nel supporto, ho poi messo due fascette di rame con capocorda alle quali collegare i fili della corrente ed un velo di grasso siliconico attorno al foro e sulle fascette.

Come contenitore della cella ho usato un becker cilindrico (quelli senza beccuccio) da 120 ml, che si è dimostrato di diametro e capacità "strategica".

Le foto, fatte per il primo prototipo della cella, mostrano ancora i carboni di prova (sono asimmetrici e troppo corti all'interno, poi ho messo quelli definitivi).

Gli elettrodi non devono raggiungere il fondo della cella perchè occorre lasciare lo spazio per l'ancoretta magnetica dell'agitatore, che è indispensabile durante l'elettrolisi.

Ho fatto un discorso lungo per una cosa semplice, ma ho voluto essere esauriente; una celletta ben fatta ripaga abbondantemente e invoglia a sperimentare, mentre un accrocco che sta in piedi in qualche modo magari funziona ma agisce (almeno nel mio caso) in maniera opposta...

La cella è stata usata per la sintesi elettrolitica del bromato ed ha funzionato in maniera egregia, senza lasciar uscire la fastidiosa pioggia di microgoccioline ma solo quello che doveva andarsene (l'idrogeno!).

Cella 1.JPG
Cella 1.JPG
Cella 2.JPG
Cella 2.JPG
Cella 3.JPG
Cella 3.JPG

Dott.MorenoZolghetti

2010-04-10 22:03

Ottimo. :-D

I carboni, alla fine del processo, presentavano un qualche livello di usura?

Oltre al titanio e all'acciaio, potresti suggerire altri materiali che, secondo la tua esperienza, potrebbero servire per la costruzione di elettrodi alternativi? Magari un metallo inerte?


Forse non mi sono espresso bene fino in fondo...

Sono poco avvezzo all'elettrochimica, dunque mi chiedo: quale importanza può avere l'elettrodo in un processo di elettrolisi? Tolti alcuni geniali impieghi (es. mercurio per amalgamare il sodio), gli elettrodi non possono essere di materiale inerte (e conduttore) e basta?

al-ham-bic

2010-04-10 22:36

Il consumo degli elettrodi è il problema costante di tutte le elettrolisi, quella del bromato compresa. Fortunatamente la quantità di carbonio rilasciata è poca e si riesce a separare (si attacca al filtro e per decantazione), anche se non esattamente del tutto. Infattil il prodotto finito (e pur ben lavato) non è bianchissimo ma percettibilmente grigino. Però ponderalmente la quantità di C passata nel sale è irrilevante.

L'unico metallo sicuramente inerte ce l'hai solo tu :-P *Fischietta* ed è il platino o simili, quindi circa un anno luce fuori dalla mia portata Rolleyes ; proverò a cercare se trovo una lamina di titanio, dovrebbe andar bene in più occasioni.

La mia eperienza in questo campo non è però particolarmente elevata.

Dott.MorenoZolghetti

2010-04-10 22:46

E ma si vede che non è elevata!!!*Sbav*

Si vede proprio tanto... Ah se la modestia servisse a fare elettrodi...quante celle faresti...;-)

Il fatto che mi incuriosisce è la scelta dei materiali: perchè titanio?

Come se il titanio fosse inossidabile e perpetuo...invece è peggio dell'acciaio inox. Perchè non di niobio o di wolframio? Perchè non di tantalio o di rutenio? Alfnio o zirconio non sarebbero migliori del titanio?

Banale oro o uno a scelta della triade inossidabile?...

Invece no, ....titanio...forse per il nome altisonante?

al-ham-bic

2010-04-10 23:15

No, no, semplicemente per averlo letto più volte in bibliografia e perchè è l'unico della serie accettabilmente reperibile.

Conosco un'azienda che tratta metalli non ferrosi presso la quale non è un problema avere del titanio (ma minimo 50 euro), mentre sarebbe un problema enorme avere il corrispettivo in niobio o rutenio...

Ecco i due semplici motivi.

Dott.MorenoZolghetti

2010-04-10 23:22

Questo lo avevo capito, e cioè che tu lo abbia letto in letteratura.

Però la mia era una considerazione generale: perchè quello e non il costosissimo platino? Oppure il titanio non è che l'ultimo dei possibili indicati?

al-ham-bic

2010-04-10 23:32

Ti sei risposto da solo: con 50 euro mi porto a casa (non solo io, ma anche chi elettrolizza bromuri) una bella lastra di titanio, con la stessa cifra ci fanno vedere da lontano un filetto di platino... :-S

Rusty

2010-04-10 23:48

A proposito di elettrodi inerti, senza spendere cifre pazzesche in Pt, date un occhiata a questo video dove si mostra come costruirsi degli elettrodi in MnO2 su base Titanio (mi pare).

L'ho trovato molto interessante... magari direte che è una boiata Rolleyes

http://www.youtube.com/watch?v=BjKYiu8eKa8

Chimico

2010-04-11 05:18

Dott la scelta del titanio piuttosto che del platino dipende dall'esperienza. La superficie del metallo è importante perchè è proprio li che avviene la reazione. Metalli diversi avranno superfici diverse e quindi la reazione avverrà con velocità e rese diverse.

A volte addirittura a parità di elemento, la forma di aggregazione del metallo incide su potenziali, sovratensioni ecc.

Un elettrodo ad idrogeno standard per esempio deve avere una reticella di platino platinato per avere potenziale 0. Se usi platino compatto, il potenziale dell'elettrodo cambia.

come al solito spero di essere stato chiaro...perchè non dormo da troppo tempo per rileggere tutto e capire :-D

al-ham-bic

2010-04-11 09:40

Rusty ha scritto:

... magari direte che è una boiata Rolleyes

Altro che boiata! Interessantissimo! *Hail*

Dott.MorenoZolghetti

2010-04-11 14:00

Chimico ha scritto:

Dott la scelta del titanio piuttosto che del platino dipende dall'esperienza. [Omissis]

Sullo stato di suddivisione del metallo siamo in sintonia, il nero di platino sull'elettrodo di riferimento è l'esempio emblematico, ma davvero la superficie è così differente da metallo a metallo? Non sto parlando di estensione della superficie (a questo dovrebbe servire il nero di platino, cioè ad aumentare la superficie di contatto), ma di differente aspetto microscopico del metallo, tale da far variare in modo significativo l'andamento (velocità e/o resa) della reazione elettrolitica. La mia è ignoranza, intendiamoci, mi sto ponendo la domanda e la giro a te (a voi). A me pare strano che ci sia davvero tutto questo determinismo dettato dalla tipologia di superficie (non dalla sua estensione).

frangio89

2010-04-11 18:09

Si, la scelta del metallo cambia l'andamento della reazione, questo è anche dovuto al fatto delle diverse strutture cristalline di ogni metallo, citando le 3 più importanti: cubica (a corpo centrato, a facce centrate) e esagonale compatta, questo tipo di strutture è possibile vederle anche su alcune tavole periodiche, ad esempio il ferro è cubica a corpo centrato e il titanio è esagonale compatta. Queste cose le sto studiando adesso in una materia che ho iniziato questo semestre che tratta dei meccanismi di corrosione dei materiali metallici con relativi processi di protezione e prevenzione.

Dott.MorenoZolghetti

2010-04-11 18:12

Quindi mi stai suggerendo chessò, che la tendenza alla corrosione di un metallo è funzione del suo stato cristallino? Spiegami...

frangio89

2010-04-11 18:39

Non te lo so dire con assoluta certezza perchè ho solo gli appunti sotto mano, ma la corrosione di un metallo è in funzione di molte variabili, non solo del reticolo cristallino, ma anche delle lavorazioni a caldo o a freddo che ha ricevuto, della grandezza dei grani che compongono il metallo, del grado di impurezze presenti e se il materiale è policristallino o monocristallino. Ti faccio un esempio con due acciai inox: 1) acciaio inox martensitico (vedi martensite nel diagamma Fe-C): La sua composizione è: -C 0,2-1,2% -Cr 13-18% -tracce di vanadio Questo tipo di acciaio è tra i più resistenti meccanicamente (carico di rottura di circa 800 MPa anche se dovrei ricontrollare questo valore). Gli acciai di questo tipo hanno minor resistenza a corrosione visto che la loro struttura cristallina è fortemente distorta, crea un film discontinuo di Cr2O3 e quindi più soggetto a corrosione. 2)acciaio inox ferritico: -C <0,1% -Cr 18-26% -traccie di molibdeno Questi acciai non hanno la struttura cristallina distorta dei martensitici, resistono molto di più quindi alla corrosione, ma hanno una resistenza meccanica molto bassa (più o meno 400MPa). Da questi due esempi si può vedere che quello che si guadagna in resistenza meccanica modificando il reticolo cristallino lo perdiamo in resistenza alla corrosione. Ti voglio segnalare i libri di testo che uso io per studiare, sono veramente molto validi ed esaurienti su questo argomento: -Scienza e ingegneria dei materiali, una introduzione. Autore: William Callister. Edises -Corrosione e protezione dei materiali metallici (volume 1 e 2). Autore: Pietro Pedeferri. Polipress

I seguenti utenti ringraziano frangio89 per questo messaggio: Dott.MorenoZolghetti

frangio89

2010-04-13 07:50

scusate, probabilmente sono andato in OT, ma riallacciandomi al discorso della cella elettrolitica, non ho capito se il disco di plexiglass è fissato in qualche modo al contenitore o è apribile senza problemi?

al-ham-bic

2010-04-13 19:54

Non è per niente fissato, solo appoggiato, dato che l'idrogeno deve uscire (ed esce senza alcun problema da dovunque non sia ermetico).

Il becker senza beccuccio serve a fare in modo che non sfuggano particelle di liquido trascinate dal gas; senza la piastra ben aderente questo sarebbe un inconveniente fastidiosissimo.

frangio89

2010-04-13 20:20

si certo adesso ho capito, no perchè mi sembrava fissato tipo con il silicone e mi ero domandato appunto del gas che doveva uscire. Però mi sono chiesto se ad esempio se era possibile generalizzare l'uso di una coppia di elettrodi per un certo tipo di reazioni rispetto ad un'altra coppia. Mi spiego meglio, in pratica se per un certo tipo di reazione o una reazione specifica c'è una coppia di elettrodi che opera meglio rispetto ad altre coppie, ad esempio che si corrodono di meno.

al-ham-bic

2010-04-13 21:51

frangio89 ha scritto:

...se per un certo tipo di reazione o una reazione specifica c'è una coppia di elettrodi che opera meglio rispetto ad altre coppie, ad esempio che si corrodono di meno.

Questo è poco ma sicuro!

Le elettrolisi industriali si fanno con un mucchio di materiali diversi per gli elettrodi, a seconda del bagno e della reazione da ottenere.

Per quelle hobbystiche si usa in genere il carbone di storta (ex pile) perchè è il materiale meno attaccabile dai reagenti e non inquina il bagno con sostanze poi ineliminabili.

ChemF

2010-10-06 16:32

So che questo non centra molto con questa discussione, ma parlando di celle elettrolitiche... Siccome adesso ho a disposizione una fornace che, gia' verificato, riesce a sciogliere (appena dico questo capirete di cosa si tratta), NaCl e altri sali... In che modo dovrei costruire una camera per contenere Na (elementare) in caso di elettrolisi? Il funzionamento di una cella di Downs e' abbastanza semplice.... Al catodo (-) vengono attratti i cationi Sodio, mentre all'anodo (+) vengono attratti gli anioni Cloro, sviluppando ad uno Sodio e all'altro Cloro elementare. (Ma penso che questo, chiunque con qualche base di elettrochimica lo sappia) Quali sono le difficolta' nell'elettrolizzare NaCl fuso, utilizzando una fornace e NaCl (l) per ottenere sodio? (So' che si puo' aggiungere del Cloruro di Calcio per facilitare la fusione del sale, tanto il calcio non va' a depositarsi al catodo in presenza di sodio).

Chimico

2010-10-06 18:55

anche se non è molto in linea con la discussione ti voglio dire che per poter fare quello che vuoi devi eliminare completamente l'aria...questo è il requisito minimo...se sai come eliminare il contatto del sale fuso con l'aria possiamo iniziare a parlare...

ChemF

2010-10-06 19:57

Quello che chiedevo, è proprio il materiale per costruire una camera da isolamento... si sà che non tutti i materiali resistono a certe temperature. Lo schema (fonte wikipedia) che intendevo seguire è questo: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a2/DownsCellSchematic.svg/673px-DownsCellSchematic.svg.png Il problema è appunto l'isolamento della cella... Qualcuno ha qualche idea sul materiale da utilizzarsi?

al-ham-bic

2010-10-06 22:22

Non è per scoraggiarti, ma non riuscirai MAI a replicare in piccolo e funzionante un apparato industriale per l'elettrolisi del NaCl. Non è questione di materiali (quasi tutti i metalli resistono a 6-700 gradi) ma di tutta l'organizzazione dell'impianto, assolutamente improponibile in piccolo. L'unica possibilità per ottenere il sodio per elettrolisi è seguire ciò che fece Davy nel 1807, cioè l'elettrolisi di NaOH fusa (circa 300°) su mercurio ed ottenere l'amalgama, dalla quale poi per distillazione... E questo sarebbe il metodo "facile": figurati quello con NaCl *Fischietta* --- Ma se non hai mai visto il sodio e ti accontenti di vederne gli effetti con acqua un metodo fattibile c'è ed è già stato trattato sul forum (cerca il mio post Sodio e Potassio per riduzione)

ChemF

2010-10-07 01:58

Il problema e' che me lo comprerei anche... Ma veramente, ora che sono negli USA non saprei dove iniziare a cercare

jobba

2010-11-10 08:31

Qua non spediscono....solo per USA comunque ciapa qua ! http://www.americanpyrosupply.com/Products-ELECTROLYTIC_CELLS.html