La nostra vita e la nostra tecnologia sarebbero le stesse senza i fili di rame conduttivi, i contenitori di alluminio, le lamiere zincate, i circuiti microelettronici e le leghe di magnesio?
Cosa hanno in comune tutti questi materiali con i gioielli placcati in oro o argento e i penny americani? Il denominatore comune è che il processo di produzione di tutti questi materiali prevede l'elettrolisi, un'operazione industriale che è un esempio di chimica applicata.
Intorno al 1800, l'inglese Humphry Davy effettuò i primi studi sull'elettrochimica. Fu Michael Faraday (1791-1867), il primo assistente di Davy, a enunciare le leggi per comprendere e quantificare questi processi. Intorno al 1842, Werner von Siemens, ufficiale di artiglieria prussiano e pioniere dell'industria, sviluppò i processi di galvanizzazione.
Ma cos'è un processo di elettrolisi? Fondamentalmente, si tratta di una reazione chimica di ossidoriduzione, nel corso della quale gli elettroni vengono trasferiti da una specie chimica all'altra. Trattandosi di un processo chimico non spontaneo, è necessario utilizzare energia elettrica affinché la reazione abbia luogo. Questo dispendio di energia elettrica è compensato dalle proprietà e dai costi dei materiali prodotti durante l'elettrolisi. Questo processo è in grado di trasformare materie prime poco costose come il sale e l'acqua in prodotti di valore industriale come NaOH (soda caustica), Cl2 (cloro) e H2 (idrogeno). Questo metodo, noto industrialmente come cloro-soda, consuma lo 0,5% di tutta l'energia elettrica prodotta negli Stati Uniti.
Il magnesio, indispensabile per la produzione di leghe metalliche strutturali leggere, si trova principalmente nell'acqua di mare, combinato sotto forma di sale disciolto, il cloruro di magnesio (MgCl2). Questo sale viene separato dall'acqua di mare mediante cristallizzazione frazionata, da cui il magnesio viene preparato allo stato metallico mediante un processo di elettrolisi. L'elemento combinato guadagna così elettroni (si riduce) e si trasforma allo stato metallico. Allo stesso tempo, i cloruri vengono ossidati e il cloro si ottiene come sottoprodotto.
Un'altra applicazione è il bagno o deposito elettrolitico. In questo processo, un metallo, solitamente di basso costo, viene rivestito con un sottile strato di un altro metallo, di costo superiore e con migliori proprietà, durante un processo elettrolitico, a scopo decorativo o come protezione dalla corrosione.
Il processo industriale di raffinazione elettrolitica è un'altra applicazione dell'elettrolisi. In questo modo si ottiene rame metallico puro.
In questo caso, un anodo di rame impuro e un catodo di rame puro sono entrambi immersi in una soluzione di un composto di rame. Quando scorre la corrente elettrica, l'anodo impuro si dissolve e il rame si deposita sul catodo, ma allo stato puro. Le impurità che si depositano nella vasca elettrolitica sono chiamate fanghi anodici, ricchi di oro e argento. Il recupero dei metalli preziosi da questi fanghi compensa il costo dell'elettrolisi.
Alcune materie plastiche possono anche essere rivestite elettroliticamente di metallo. A tal fine, la plastica deve prima essere resa conduttiva facendo aderire alla sua superficie uno strato di polvere di grafite (una varietà allotropica di carbonio). La deposizione elettrolitica di rame sulla plastica ha permesso di migliorare la qualità dei circuiti microelettronici.
Fino al 1884, l'alluminio era considerato un metallo semiprezioso. La sua produzione costava circa venti dollari al chilogrammo e veniva utilizzato esclusivamente in gioielleria e per lavori ornamentali. Ma nel 1886, con lo sviluppo del processo di Hall Héroult, che permette di ottenere alluminio purissimo con un metodo elettrolitico, iniziarono a svilupparsi le applicazioni tecnologiche di questo metallo. Nel nostro Paese, una delle più importanti industrie metallurgiche è quella dedicata alla produzione elettrolitica dell'alluminio. Il processo metallurgico utilizzato ottiene il metallo dalla bauxite, un minerale che contiene ossido di alluminio (Al2O3) come materia prima e ossido di ferro (Fe2O3) come impurità principale. Gli ossidi vengono separati mediante dissoluzione alcalina dell'alluminio e si ottiene nuovamente ossido di alluminio puro. Questo viene sottoposto a un processo elettrolitico mescolato con criolite (Na3AlF6) per abbassare l'elevato punto di fusione dell'ossido. Si ottiene così un alluminio con una purezza superiore al 99%.
L'installazione di questi impianti di alluminio avviene generalmente in prossimità di centrali idroelettriche, poiché per ogni tonnellata di alluminio vengono consumati circa 15.000 kWh.
Fonte: Estela Mónica López Sardi Docente della Facoltà di Ingegneria - UP