Il processo elettrolitico consiste nel far passare una corrente elettrica attraverso un elettrolita, tra due elettrodi conduttori denominati anodo e catodo. È proprio sugli elettrodi che avvengono i cambiamenti.
Quando colleghiamo gli elettrodi a una fonte di energia (generatore di corrente continua), l’elettrodo collegato al polo positivo del generatore è l’anodo e l’elettrodo collegato al polo negativo del generatore è il catodo.
Una reazione di elettrolisi può essere considerata come l’insieme di due semireazioni: un’ossidazione anodica e una riduzione catodica.
Per spiegare le reazioni agli elettrodi, si prenderà in considerazione il cloruro di sodio fuso, poiché contiene solo due tipi di ioni. Si utilizzano elettrodi inerti, il che significa che non reagiscono chimicamente con gli ioni sodio e cloruro.
Gli ioni sodio (+), o cationi, sono attratti dall’elettrodo negativo (catodo). Il catodo diventa negativo grazie all’azione della fonte che vi pompa elettroni.
Gli elettroni del catodo si trovano in uno stato di elevata energia potenziale. Lo ione sodio ha carica positiva, il che significa che attrae gli elettroni e che un elettrone di un atomo di sodio avrebbe un’energia potenziale inferiore rispetto a un elettrone del catodo. Pertanto, gli elettroni del catodo si spostano verso il catione, per differenza di energia potenziale. Sul catodo gli ioni sodio si trasformano in atomi di sodio per aggiunta di un elettrone. Si tratta di una reazione chimica che può essere rappresentata con la seguente equazione:
Na+ + e− → Na0
Questa reazione chimica comporta un guadagno di elettroni; pertanto, il sodio si è ridotto ed è passato allo stato metallico; di conseguenza, la reazione chimica che avviene sempre al catodo è di riduzione.
L’anodo è positivo poiché la fonte pompa elettroni fuori da esso e, inoltre, attrae ioni cloruro (-) o anioni. All’anodo gli elettroni possiedono una bassa energia potenziale. Al contrario, gli elettroni esterni dello ione cloruro si trovano in uno
stato di elevata energia potenziale. Quando gli ioni cloruro raggiungono l’anodo, forniscono elettroni a quest’ultimo. Gli elettroni passano da uno stato di elevata energia potenziale a uno di bassa energia potenziale. La reazione avvenuta all’anodo può essere rappresentata con un’altra equazione:
2Cl− → Cl₂ + 2e−
Gli ioni cloruro perdono elettroni trasformandosi in atomi di cloro, i quali a loro volta formano molecole di cloro gassoso. La reazione anodica è sempre di ossidazione.
Le reazioni di ossidazione e riduzione avvengono simultaneamente, ma separatamente, poiché si verificano in punti diversi. La fonte non produce elettroni, ma li trasporta semplicemente da un luogo all’altro; pertanto, gli elettroni che la fonte fornisce al catodo provengono dall’anodo. La funzione della fonte è quella di aumentare l’energia potenziale degli elettroni del catodo.
Queste reazioni agli elettrodi sono chiamate semireazioni, e la reazione complessiva dell'elettrolisi del cloruro di sodio è:
2Na+ + 2Cl− → 2NaO + Cl2
La natura delle reazioni dell'elettrodo dipende dalla differenza di potenziale o dalla tensione applicata.
Fonte: FES-CUAUTITLÁN Mtro. FELIPE DÍAZ DEL CASTILLO R.