Elettrochimica: principi teorici e applicazioni pratiche
L’elettrochimica, ramo della chimica fisica, si occupa dello studio dei processi di conversione dell’energia chimica in energia elettrica e viceversa. Inoltre, analizza le reazioni chimiche indotte dal trasferimento elettronico.
Ossidazione e riduzione
Nell’ambito dell’elettrochimica, l’ossidazione rappresenta la perdita di elettroni da parte di una specie chimica, mentre la riduzione corrisponde all’acquisizione di elettroni da parte di una specie. Ad esempio, considerando la reazione chimica: Fe^2+ + Ce^4+ ⇄ Fe^3+ + Ce^3+, si possono individuare le semireazioni di ossidazione e riduzione, in cui il ferro si ossida e il cerio si riduce.
Si definiscono come ossidanti le specie chimiche che provocano l’ossidazione di un’altra e come riducenti le specie che causano la riduzione di un’altra. Nella reazione presa in esame, il ferro agisce come un riducente mentre il cerio è un ossidante.
Grandezze fondamentali
Nell’elettrochimica, la carica elettrica è misurata in Coulomb (C). La corrente elettrica, espressa in ampere (A), indica la quantità di carica che attraversa un conduttore in un dato intervallo di tempo. La legge di Ohm mette in relazione la corrente elettrica con il potenziale e la resistenza nel circuito. La potenza e il lavoro sono ulteriori grandezze correlate alla corrente e al potenziale elettrico.
Equazioni fondamentali
La relazione tra la variazione dell’energia libera di Gibbs e la forza elettromotrice E° è descritta da: ΔG° = – nFE°, in cui F rappresenta la costante di Faraday e n indica il numero di elettroni coinvolti nella reazione. L’equazione di Nernst viene utilizzata per calcolare il potenziale di una cella elettrochimica.
Calcolo della costante di equilibrio
Per calcolare la costante di equilibrio relativa alla reazione Fe^2+ + Ce^4+ ⇄ Fe^3+ + Ce^3+ a 25 °C, si determina il potenziale complessivo e si applicano le formule relative all’energia libera di Gibbs e alla costante di equilibrio.
Calcolo del potenziale
Il calcolo del potenziale per l’elettrodo Ag/AgI(s)/I^- (0.01 M) coinvolge la valutazione delle reazioni elettrodiche e l’applicazione dell’equazione di Nernst per ottenere il potenziale elettrodico.
In conclusione, l’elettrochimica riveste un ruolo fondamentale nello studio delle interazioni tra energia chimica ed elettrica e nei processi di ossidazione e riduzione.