Elettrolisi di sali fusi e di sali in soluzione: reazioni e potenziale di riduzione
L’elettrolisi di sali fusi è un processo ampiamente utilizzato per la riduzione elettrolitica dei composti metallici fino ai metalli puri. Si tratta di un processo in cui avviene una reazione chimica non spontanea grazie all’apporto di energia elettrica. Durante l’elettrolisi, si verificano due semireazioni significative, una al catodo e una all’anodo.
La semireazione al catodo coinvolge l’acqua e gli elettroni ed è espressa dalla seguente equazione: 2 H2O(l) + 2 e- ⇌ H2(g) + 2 OH-(aq) con un potenziale di riduzione Ered° = -0.83 V. Mentre la semireazione all’anodo è rappresentata da 2 H2O(l) ⇌ O2(g) + 4 H+(aq) + 4e- con un potenziale di riduzione Eox° = –1.23 V.
Quando si tratta di sali in soluzione, le semireazioni dipendono dal potenziale di riduzione relativo agli ioni metallici coinvolti. Se il potenziale è inferiore a -0.83 V, la riduzione non avviene. Ad esempio, alluminio, sodio e litio rientrano in questa categoria.
Elettrolisi di sali fusi
Per ottenere il sodio metallico, è necessario eseguire l’elettrolisi di un sale sodico fuso, come NaCl fuso, invece di una soluzione acquosa. Infatti, l’elettrolisi di una soluzione di NaCl produce idrogeno gassoso al catodo anziché sodio, a causa dell’occorrenza della semireazione (1).
All’anodo, dove avviene l’ossidazione, la semireazione significativa (2) comporta la formazione di cloro gassoso invece di fluoro gassoso, nonostante il potenziale di ossidazione di quest’ultimo sia -1.36 V. Per esempio, nell’elettrolisi di una soluzione contenente ioni fluoruro, si forma O2 e non F2.
Elettrolisi di cloruro di magnesio
Considerando l’elettrolisi del cloruro di magnesio fuso, sono presenti ioni Mg2+ e ioni Cl-. Le semireazioni coinvolte sono quelle al catodo con Mg2+ che si riduce e all’anodo con la formazione di Cl2. La f.e.m. da erogare è pari a +3.74 V.
Elettrolisi di soluzioni acquose
Nel caso dell’elettrolisi di soluzioni acquose, le semireazioni di riduzione che possono avvenire al catodo devono essere prese in considerazione. Se il catione ha un potenziale al di sotto di -0.83 V, si verifica la riduzione dell’acqua con la produzione di H2. Allo stesso modo, si devono considerare tutte le possibili semireazioni di ossidazione all’anodo, con prevalenza di quella con il valore più basso di E°red.
In generale, le elettrolisi dei sali fusi porta alla produzione di Na metallico al catodo e Cl2 all’anodo. Mentre in una miscela di sali fusi, il catione con il più alto valore di E°red viene ridotto al catodo e l’anione con il valore più piccolo di E°red viene ossidato all’anodo.
