Il moto degli ioni in soluzione elettrolitica attraversata da corrente elettrica

La corrente elettrica così come la conosciamo circola generalmente all'interno di un metallo, esempio lampante sono i cavi in rame che forniscono elettricità ad una abitazione; questo flusso avviene grazie agli elettroni liberi contenuti nel metallo che hanno la possibilità di migrare verso punti a potenziale più alto generando una corrente. Quando però il mezzo non è un metallo ma una soluzione elettrolitica cambiano gli elementi in gioco, non sono più gli elettroni a costituire il passaggio di elettricità bensì gli ioni della soluzione.

Durata: 45'

Scopo:

Osservare la corsa elettrolitica degli ioni  Pb⁺⁺ e I^-.

Teoria:

Gli ioni possono essere carichi positivamente o negativamente e migrare così in direzioni opposte: quando ad una soluzione elettrolitica si applica una differenza di potenziale, i cationi (ioni positivi) sono attratti dal catodo (elettrodo negativo), mentre gli anioni (ioni negativi) sono attratti dall'anodo (elettrodo positivo). Applicando una differenza di potenziale ad una soluzione di Pb(NO₃)₂ posta vicino all'anodo e di KI vicino al catodo si otterrà una migrazione degli ioni positivi verso il catodo essendo attratti dalla carica negativa dell'elettrodo e uno spostamento degli ioni negativi verso l'anodo essendo attratti dalla carica positiva.

2KI + Pb(NO₃)₂ → PbI₂ + 2KNO₃

Gli ioni che entreranno in gioco in questa reazione sono Pb⁺⁺ e I^-.

Materiale:

• Carta da filtro spessa
• Soluzione di KNO₃ 0,1 M
• Soluzione di KI 1 M
• Soluzione di Pb(NO₃)₂ 1 M

Strumenti:

• Generatore di tensione continua a 20 V 
• Amperometro 
• Cavetti elettrici con morsetti a coccodrillo 
• Contagocce 
• Vetrini da microscopio

Procedimento:

1. Tagliare due strisce di carta da filtro della stessa dimensione del vetrino da microscopio che servirà da supporto
2. Preparare il circuito elettrico con il generatore, l'amperometro e i cavi con morsetti collegati ai due estremi di un vetrino con carta filtro
3. Accendere il generatore e verificare mediante l'amperometro il non passaggio di corrente
4. Imbibire la striscia di carta con KNO₃ mantenendola sopra al vetrino
5. Pree 2-3 gocce di soluzione di ioduro di potassio nei pressi del catodo e 2-3 gocce di Pb(NO₃)₂ vicino all'anodo
6. Attendere circa 20 minuti per osservare la migrazione di PbI₂ evidente come banda di colore giallo
7. Montare sul circuito il secondo vetrino con la striscia di carta imbevuta di KNO₃
8. Porre 2-3 gocce di KI vicino all'anodo e 2-3 gocce di Pb(NO₃)₂ vicino al catodo
9. Osservare

Risultato:

Applicando la differenza di potenziale al circuito con la carta asciutta si nota che non vi è passaggio di corrente grazie alla misurazione con l'amperometro, questo perchè non si ha nè passaggio di ioni, ne passaggio di elettroni non avendo metalli che collegano i due morsetti.

Imbevendo di soluzione elettrolitica la prima striscia di carta di osserva il passaggio di corrente che diviene molto evidente quando si ha il completamento della reazione: gli ioni I^-, migrando verso l'elettrodo positivo (anodo), hanno incontrato gli ioni Pb⁺⁺ in migrazione verso l'elettrodo negativo (catodo), generando nel punto dell'incontro il precipitato giallo PbI₂. La banda gialla che si nota sulla striscia di carta non si troverà al centro ma bensì spostata verso l'anodo, questo perchè lo ione ioduro è più leggero di Pb⁺⁺ e si muoverà più velocemente all'interno della striscia raggiungendo prima il catione che si troverà ancora all'inizio della sua corsa.

Montando il secondo vetrino con la striscia di carta imbevuta in soluzione elettrolitica ma con alcune gocce di ioduro di potassio vicino all'anodo e gocce di piombo nitrato vicino al catodo, si osserva che non vi è alcuna corsa degli ioni che si trovano già nei pressi degli elettrodi da cui ricevono l'attrazione e non avverrà quindi la reazione di precipitazione; si osserva però una reazione di ossidazione degli ioni ioduro a I₂ che formano una soluzione bruna vicino all'anodo, e una riduzione degli ioni Pb⁺⁺ che subiscono riduzione formando piombo metallico visibile nei pressi del catodo.

Bibliografia:

Scienze a scuola - progetto Liceo scientifico Galileo Galilei di Ancona