L'elettrolisi dell'acqua

titolo

Scomposizione elettrolitica dell'acqua e riconoscimento degli elementi di cui e` composta.

Obiettivi

Dimostrare che l'acqua e` un composto chimico

Verificare la reazione di ossidoriduzione delle componenti dell'acqua.

Osservazione del rapporto esistente tra quantità di idrogeno e quantità di ossigeno, con accenni alla legge di Proust.

Dimostrazione del processo di elettrolisi.

Strumenti

Trasformatore   

Raddrizzatore

Elettrodo negativo

Elettrodo positivo

Cilindri graduati collegati tra loro da una struttura verticale terminante  all'estremità superiore con un'ampolla.

Materiale

Acido solforico.

Acqua.

2 provette.

un sostegno al quale agganciamo due pinze necessarie per sostenere le due provette e due elettrodi.

Due morsetti e due cavi elettrici collegati ad un generatore di corrente elettrica  continua a basso voltaggio.

Spruzzetta contenente acqua distillata.

Bastoncino di legno.

Accendino.

Principi teorici:

si chiamano elettroliti quei composti che in soluzioni o fusi lasciano passare la corrente elettrica. I nostri elettrodi che abbiamo immerso nella soluzione sono di platino.

Si osservano in questa esperienza i seguenti punti:

la molecola dell'elettrolito all'atto della soluzione si scinde in ioni, che al passaggio della corrente migrano il catodo (cationi) o l'anodo (anioni)

l'anione e il catione giunti in prossimità degli elettrodi vi si possono depositare oppure subire trasformazioni chimiche.

la quantità di sostanza depositata o liberata agli elettrodi dipende soltanto e in modo direttamente proporzionale dalla quantità di elettricità  passata nella soluzione (prima legge difaraday)

per qualunque elettrolito occorre sempre la stessa quantità di elettricità (seconda legge di faraday)

gli ioni formatosi o carichi positivamente o carichi negativamente, sono attirati rispettivamente o dall'anodo o dal catodo; si stabilisce in questo modo un trasporto di cariche che realizza il passaggio della corrente elettrica nella soluzione.

Per avere il processo elettrolitico e` necessario applicare una differenza di potenziale minima al di sotto della quale non si ha elettrolisi in modo tale di vincere i fenomeni di resistenza della soluzione.

L'acqua e` un composto stabile, ma la sua molecola può essere tuttavia scissa da elementi con affinità chimica per l'uno o l'altro dei suoi componenti. L'acqua può essere decomposta in idrogeno e ossigeno, m,a in altri casi la molecola si scinde in uno ione idrogeno H e uno ione idrossido OH-. Tali reazioni dette idrolisi avvengono con i sali degli acidi deboli e delle basi deboli nel nostro caso dell'acido solforico.

La legge di Proust e` la legge che stabilisce la costante dei rapporti delle masse secondo cui due o piú elementi si combinano tra loro.

Tale legge e` detta anche legge delle proporzioni definite e costanti; tramite questa legge si spiega il perché del rapporto 2-l dell'idrogeno sull'ossigeno (componenti acqua).

Importante ricordare che un acido in soluzione acquosa sottoposta a elettrolisi libera ossigeno.

procedimento

tramite l'ampolla introdurre nella struttura verticale una determinata quantità d'acqua m modo tale da raggiungere una stessa quantità di essa in entrambi i cilindri graduati.

Inserire in quest'ultimi una lamina metallica ciascuno, essa prende il nome di elettrodo.

Collegare infine tramite cavi i due elettrodi ai poli di una pila (positivo e negativo).

Accendere il voltametro.

Osservare la dissociazione delle componenti del composto.

Verificare l'effettività delle componenti raccogliendole  in due provette.

Disegno

Tabella:

tabella dei risultati ottenuti , misurando ogni minuto le quantità di gas prodotte

Dalla tabella su scritta si può notare il rapporto direttamente proporzionali tra ossigeno e idrogeno, e il rapporto 2-l tra gli stessi.

conclusioni

Dalla formula chimica dell'acqua (H O) si deduce che poiché la molecola dell'acqua e` composta da 2 atomi di idrogeno (H ) e uno di ossigeno (O), il volume dell'idrogeno combinato per ottenere le molecole dell'acqua, e` doppio rispetto a quello dell'ossigeno  (rapporto 2-l).

Per separare gli elementi si può usare la corrente elettrica; con un processo chiamato elettrolisi, sviluppando agli elettrodi rispettivamente H gassoso e O gassoso.

Per verificare l'autenticità dei gas prodotti abbiamo adottato come metodo di riconoscimento la combustione, infatti  applicando il bastoncino di legno acceso in entrambi le provette contenenti i gas, abbiamo osservato che nella provetta dove i volume era minore la fiamma si e` ravvivata a dimostrazione che in quella provetta c'era ossigeno (comburente) elemento indispensabile in ogni combustione.

Lo stesso bastoncino e` stato poi riacceso ed avvicinato alla seconda provetta contenente il gas con il volume maggiore in quell'istante si e` udita una piccola deflagrazione a dimostrazione che in quella provetta c'era idrogeno (combustibile). L'esperimento dimostra che l'acqua e `composta da idrogeno ed ossigeno.

osservazioni

il voltametro e` costituito da un trasformatore e da un raddrizzatore.

Il voltametro e` un apparecchio per la misura i una quantità di elettricità dedotta dalla quantità di materia liberata per elettrolisi ad un elettrodo. Il  trasformatore e` una macchina statica che assorbe energia della stessa specie ovvero elettrica di cui si presta a variare i parametro dai valori d'ingresso ai valori di uscita, nel nostro caso a variare energia elettrica da 220 W a 8 W ..

Il raddrizzatore e` anch'esso statico ma atto a trasformare la corrente da alternata a continua o in unidirezionale.

Osserviamo inoltre che subito dopo l'accensione del voltametro inizia una reazione chimica immediata in cui l'ossigeno diventa ossigeno molecolare e si ossida mentre l'idrogeno si riduce (reazione di ossidoriduzione).

Il cilindro collegato al polo positivo ha un volume minore di gas rispetto a quello collegato al polo negativo, cio` fa supporre che l'acqua si scompone in una parte con carica positiva costituita dall'idrogeno e una parte con carica negativa costituita dall'ossigeno. Cariche positive e negative si attraggono.