Sovratensione di scarica e tensione pratica di elettrolisi
La sovratensione di scarica è un fenomeno che influisce sulla capacità degli ioni di scaricarsi sugli elettrodi, che varia a seconda del tipo di ione coinvolto. Immaginiamo di esaminare l’elettrolisi di una soluzione 1M di HCl con elettrodi di grafite. In questo caso, è necessaria una tensione leggermente superiore a 1.36 V, il massimo della f.c.e.m. della pila indotta, affinché avvenga la scarica al catodo e all’anodo.
Generalmente, l’incremento della tensione rispetto a quella calcolata con l’equazione di Nernst è definito sovratensione V_s. La tensione di decomposizione di un elettrolita (V_d) comprende la tensione necessaria per vincere la f.c.e.m. della pila indotta (V_t) e la sovratensione (V_s), formulata come V_d = V_t + V_s.
Il valore della sovratensione V_s è influenzato da vari fattori, tra cui la polarizzazione di concentrazione, la densità di corrente e la sovratensione di scarica, che rappresenta la difficoltà degli ioni a scaricarsi sugli elettrodi durante l’elettrolisi.
Polarizzazione di concentrazione
La polarizzazione di concentrazione genera una cella galvanica all’interno della cella elettrolitica, contrastando la tensione applicata e richiedendo un aumento della tensione agli elettrodi. Questa forma di sovratensione può essere ridotta agitando energicamente la soluzione durante l’elettrolisi.
Densità di corrente
La densità di corrente (D), espressa come l’intensità di corrente di elettrolisi divisa per la superficie degli elettrodi, è un’altra causa di sovratensione. La sovratensione V_s aumenta con l’aumentare della densità di corrente D secondo la relazione empirica V_s = a + b log D.
Tipi di sovratensione
La sovratensione di deposito è associata alla scarica di cationi metallici che si riducono ad atomi neutri. La sovratensione di sviluppo è legata alla formazione di molecole neutre in grado di svilupparsi come gas.
Valori sperimentali
I valori sperimentali della sovratensione di sviluppo dell’idrogeno e dell’ossigeno su diversi elettrodi sono riportati in una tabella. Questi valori variano a seconda del tipo di elettrodo utilizzato e della natura del gas prodotto durante l’elettrolisi.
Esempi e esercizi
Infine, vengono presentati esempi e un esercizio per applicare i concetti di sovratensione e tensione pratica di elettrolisi nella pratica.
Conclusione
La sovratensione di scarica e la tensione pratica di elettrolisi sono concetti essenziali per comprendere il comportamento dei processi elettrolitici e per determinare le condizioni necessarie per il corretto funzionamento di una cella elettrolitica.