Ho messo in un baker una soluzione di idrossido di sodio. Ho messo la stessa soluzione anche in due provette riempiendole fino all'orlo. Ho immerso le due provette (a testa in giù senza far entrare aria) nel mio baker. In ogni provetta ho messo un elettrodo e l'ho collegato a un polo della pila. Ho notato che il flusso delle bollicine era maggiore nella provetta contenente l'elettrodo collegato al polo della pila. Perché? Mi potreste spiegare anche in semplici termini la dissociazione elettrolitica?
Nel caso descritto dalla lettrice, utilizzando una soluzione acquosa di idrossido di sodio, si ottiene l'elettrolisi dell'acqua che porta alla formazione dei suoi elementi costituenti. All'elettrodo negativo (catodo) si ha lo sviluppo di idrogeno, mentre all'elettrodo positivo (anodo) si verifica lo sviluppo di ossigeno. Il volume di idrogeno sviluppato è doppio rispetto a quello di ossigeno (in accordo con la formula H2O). Questo spiega il maggior numero di bollicine osservato dalla lettrice
Il fatto che una soluzione acquosa (come quella di idrossido di sodio) permetta il passaggio di corrente si spiega con il fenomeno della dissociazione elettrolitica. Tale fenomeno venne ipotizzato per la prima volta dal chimico svedese Svante Arrhenius e consiste nel fatto che un composto ionico sciolto in acqua è soggetto a una diminuzione delle forze che tengono uniti i propri ioni (la costante dielettrica dell'acqua è infatti circa 80 volte superiore a quella del vuoto). A causa di questa diminuzione delle forze di legame, gli ioni sono liberi di muoversi all'interno della soluzione. Poiché gli ioni sono portatori di carica elettrica, la loro mobilità spiega la conducibilità elettrica delle soluzioni (analogo discorso vale per le sostanze ioniche allo stato fuso).
Nel caso dell'idrossido di sodio, possiamo rappresentare il processo di dissociazione elettrolitica nel modo seguente:
NaOH → Na+ + OH-
In generale le sostanze che subiscono dissociazione elettrolitica vengono chiamate "elettroliti". Essi sono: gli acidi, le basi e i sali. Sono chiamati "elettroliti forti" quelli che (come l'idrossido di sodio) si dissociano completamente. Sono invece chiamati"elettroliti deboli" quelli che si dissociano solo in parte.
Anche per l'acqua si può ammettere l'esistenza di un equilibrio di dissociazione (benché quest'ultimo sia fortemente spostato verso sinistra):
H2O ⇔ 2H+ + OH-
In una soluzione acquosa di idrossido di sodio sono pertanto contemporaneamente presenti i seguenti ioni: Na+, H+ e OH-. Gli ioni OH- migreranno verso il polo positivo e, qui giunti, subiranno una reazione di ossidazione (perdita di elettroni) che porta alla produzione dell'ossigeno gassoso:
4OH- → O2 + 2H2O + 4e-
(il simbolo e- rappresenta l'elettrone)
Gli elettroni liberati passano nel circuito elettrico esterno per giungere quindi all'elettrodo negativo (la corrente elettrica in un conduttore metallico è costituita da un flusso di elettroni).
Al contrario gli ioni Na+ e H+ migreranno entrambi verso il polo negativo. Tra le due specie di ioni però solamente gli ioni H+ subiranno il processo di riduzione, ovvero un acquisto di elettroni (gli ioni Na+ hanno infatti un potenziale di riduzione negativo, ovvero si riducono più difficilmente degli ioni idrogeno). Il processo di riduzione degli ioni H+ può essere rappresentato nel modoseguente:
2 H+ + 2e- → H2
Facendo in modo che le due semireazioni di ossidazione e di riduzione coinvolgano lo stesso numero di elettroni (ovviamente il numero di elettroni liberati all'anodo deve essere uguale a quello "risucchiato"al catodo), avremo:
4OH- → O2 + 2H2O + 4e- (all'anodo)
4 H+ + 4e- → 2H2 (al catodo)
In tal modo si vede chiaramente che il numero di molecole di idrogeno che si sviluppano al catodo è doppio rispetto a quello delle molecole di ossigeno che si sviluppano all'anodo. Questo spiega come mai il volume di idrogeno è doppio rispetto a quello di ossigeno.