Elettrolisi del NaCl(aq)




Si è già parlato una prima volta dell’elettrolisi del cloruro di sodio, ma in quel caso si trattava del sale fuso: le uniche specie disponibili per le red-ox agli elettrodi erano gli ioni sodio e gli ioni cloruro. Se si effettua l’elettrolisi del cloruro di sodio in soluzione acquosa, l’acqua entra in competizione con gli ioni.

La reazione complessiva è:

$\sf \moveright{5em}{2 NaCl + 2 H_2 O\ \charge{energia}{\to}\ 2 NaOH + H_2 + Cl_2 }$

Se i prodotti di reazione non sono separati, come avviene nel filmato, l’idrossido di sodio reagisce con il cloro per dare ipoclorito di sodio, la comune candeggina:

$\sf \moveright{5em}{2 NaOH + Cl_2 \to NaClO + NaCl + H_2 O}$

Le semireazioni possibili al catodo sono:

$\sf \moveright{5em}{Na^+ + e^- \to Na \ \ \ \ E^0 = -2.71 V}$
$\sf \moveright{5em}{2H_2 O +2e^- \to H_2 + 2OH^- \ \ \ \ E^0 = -0.83 V}$

e, come si è già visto, prevale la riduzione dell’acqua.

Le semireazioni possibili all’anodo sono:

$\sf \moveright{5em}{2Cl^-\to Cl_2 +2e^- \ \ \ \ E^0 = -1.36 }$
$\sf \moveright{5em}{2H_2O \to 4H^+ + O_2 + 4e^- \ \ \ \ E^0 = -1.23 V }$

contrariamente a quanto si può prevedere, qui prevale l’ossidazione del cloro. Ho letto(1) che questo avviene perché si forma un intermedio che ha maggiore potenziale di ossidazione dell’acqua:

$\sf \moveright{5em}{OH^- + Cl^- \ \charge{facile}{\to}\ HOCl + 2e^-}$
$\sf \moveright{5em}{HOCl + Cl^- \ \charge{facile}{\to}\ Cl_2 + OH^-}$

Di seguito le due semireazioni nette che si verificano agli elettrodi, e il bilancio globale (gli elettroni sono già bilanciati):

$\sf \moveright{5em}{2H_2 O +2e^- \to H_2 + 2OH^-}$
$\sf \moveright{5em}{2Cl^-\to Cl_2 +2e^-}$

$\sf \moveright{5em}{\underline{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ } }$

$\sf \moveright{5em}{2H_2 O +2e^- + 2Cl^-\to H_2 + 2OH^- + Cl_2 +2e^-}$

e, semplificando l’equazione si ottiene

$\sf \moveright{5em}{2H_2 O + 2Cl^-\to H_2 + 2OH^- + Cl_2 }$

Le cariche negtive a destra e a sinistra della reazione sono compensate dagli ioni sodio che non si sono modificati.

…E questo è l’ultimo articolo che scriverò per quest’anno scolastico, credo.

 


 

(1) Stocchi, Chimica, un invito a capire i fenomeni della natura, ATLAS, p. 228


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docente di scienze
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