dubbio: se considero i potenziali ottengo l'inverso perché?
Questa domanda mi fa capire che tu non abbia compreso il significato della scala dei potenziali standard di riduzione, quindi ti consiglio vivamente di studiarlo. È fondamentale conoscerlo prima di affrontare un qualsiasi esercizio sulle celle elettrochimiche (o pile) e sulle celle elettrolitiche.
Nelle celle elettrochimiche l'energia chimica viene trasformata in energia elettrica attraverso una reazione di ossidoriduzione.
Nelle celle elettrolitiche avviene l'esatto opposto, cioè l'energia elettrica viene trasformata in energia chimica attraverso una reazione di ossidoriduzione.
Sulla tabella dei potenziali standard trovi queste due semireazioni di equilibrio:
Na+ + e- <--> Na(s)..........E° = -2,71 V
1/2 Cl2(g) + e- <--> Cl-.....E° = 1,358 V
Il Cl2 ha un potenziale di riduzione standard maggiore dell'Na+, quindi è il Cl2 che si riduce spontaneamente e non l'Na+.
Il verso spontaneo del primo equilibrio è da dx a sx, quello del secondo equilibrio da sx a dx:
Na(s) --> Na+ + e-.............ossidazione dell'Na, perdita di e-, polo negativo, anodo
1/2 Cl2(g) + e- <--> Cl-......riduzione del Cl2, acquisto di e-, polo positivo, catodo
Il processo che avviene spontaneamente è la somma dei due:
Na(s) + 1/2 Cl2(g) --> Na+ + Cl-..........E°(pila) = 1,358 - (-2,71) = 4,068 V
Questa è una cella elettrochimica o pila.
Nella cella elettrolitica avviene il processo inverso (elettrolisi), cioè la stessa redox procede nella sua direzione non spontanea in quanto nel sistema viene fatta circolare una corrente elettrica:
Na+ + e- --> Na(s)...........E° = -2,71 V, riduzione dell'Na+, acquisto di e-, polo negativo, catodo
Cl- --> 1/2 Cl2(g) + e-......E° = 1,358 V, ossidazione del Cl-, perdita di e-, polo positivo, anodo
Il processo che avviene non spontaneamente è la somma dei due:
Na+ + Cl- --> Na(s) + 1/2 Cl-.........E°(cella elettrolitica) = -2,71 - 1,358 = -4,068 V
Per fare avvenire questo processo in condizioni standard si dovrà applicare al sistema un voltaggio superiore a 4,068 V.
Chiarite queste "cosucce da niente" (e te l'ho fatta molto breve!!!) si passa all'esercizio.
L'NaCl è un composto ionico solido. Questo significa che gli ioni sono già presenti all'interno del reticolo cristallino ma la loro mobilità è minima; fondendolo, cioè fornendo energia sottoforma di calore, gli ioni sono liberi di muoversi: i cationi Na+ si dirigono al catodo dove vengono ridotti, gli anioni Cl- si dirigono all'anodo dove vengono ossidati.
La quantità di carica q che circola nel sistema è:
q = I · t = 2 C/s · 21600 s = 43200 C
n e- = q/F = 43200 C / 96485 C/mol = 0,448 mol
n Cl2(g) = n e-/2 = 0,448/2 = 0,224 mol
V Cl2(g) = nRT/P = 0,224 · 0,0821 · 323,15 / 1 = 5,94 L
È possibile anche calcolare la massa di Na(s) che viene prodotta:
n Na(s) = n e- = 0,448 mol
m Na(s) = 0,448 mol · 22,99 g/mol = 10,29 g
Poiché il sodio metallico ha una densità di circa 0,97 g/cm3, il volume di sodio che si ottiene è:
V = m/d = 10,29 g / 0,97 g/cm3 = 10,61 cm3, ovvero un cubetto di circa 2,2 cm di lato 