Voltametro di Hofmann: il dispositivo per l’elettrolisi dell’acqua
Il voltametro di Hofmann è un dispositivo inventato nel 1866 dal chimico tedesco August Wilhelm von Hofmann, famoso per il suo contributo allo sviluppo delle tecniche di sintesi organica. Questo strumento è stato progettato principalmente per l’elettrolisi dell’acqua, ma può essere impiegato anche per l’elettrolisi dell’ammoniaca e dell’acido cloridrico.
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Elettrolisi dell’acqua
Nel processo di elettrolisi dell’acqua, avviene una reazione di decomposizione in idrogeno e ossigeno molecolare secondo la seguente equazione:
2 H2O → 2 H2 + O2
Per realizzare questa reazione non spontanea, con un potenziale standard di -1,23 V, è necessaria una differenza di potenziale di +1,23 V, considerando anche le sovratensioni. Poiché l’acqua pura è un cattivo conduttore, è fondamentale aggiungere un elettrolita forte per aumentarne la conduttività. È importante che l’elettrolita utilizzato non contenga cationi che possano interferire con la riduzione degli ioni H+.
Semireazioni nel voltametro di Hofmann
Nel voltametro di Hofmann, al catodo avviene la semireazione di riduzione:
4 H+ + 4 e- → 2 H2(g)
Mentre all’anodo si verifica la semireazione di ossidazione:
2 H2O(l) → O2(g) + 4 H+ + 4 e-
Questo strumento è composto da tre tubi di vetro collegati da un ponte vicino alle loro basi. Il tubo centrale viene riempito con acqua ed elettrolita. Alla base degli altri due tubi sono presenti degli elettrodi di platino collegati a un alimentatore di corrente continua. Durante il processo, si osserva la formazione di gas che si accumula all’estremità dei tubi graduati.
Il voltametro di Hofmann è utile sia per condurre l’elettrolisi dell’acqua in laboratorio che per fini didattici, poiché consente di osservare facilmente i risultati sperimentali. Ad esempio, in condizioni ideali, si osserva che il volume di idrogeno prodotto è il doppio rispetto a quello di ossigeno, in accordo con il rapporto stechiometrico di 2:1.
Infine, è possibile verificare la presenza di idrogeno aprendo il rubinetto vicino al catodo e accostando un fiammifero acceso: il gas che fuoriesce si infiamma, producendo un lieve scoppiettio.
