Elettrochimica

L'elettrochimica è quella branca della chimica che si occupa dei processi che coinvolgono il trasferimento di elettroni: le reazioni di ossido-riduzione (dette comunemente redox). Tratta quindi le trasformazioni chimiche prodotte dal passaggio di elettricità in determinati sistemi chimici e la produzione/immagazzinamento di elettricità per mezzo di trasformazioni chimiche.

Oltre ad avere numerose ed attuali applicazioni l'elettrochimica fornisce i mezzi per indagare fenomeni quali la corrosione dei metalli, la loro raffinazione, e la maggior parte delle reazioni biochimiche che presiedono al funzionamento degli organismi viventi quali la fotosintesi, la respirazione cellulare, la trasmissione degli impulsi nervosi, ecc. Mentre l'elettrosintesi permette di sfruttare l'energia elettrica per scopi sintetici, la chimica elettroanalitica permette di sfruttare i principi d'elettrochimica applicati all'analisi chimica. L'elettrochimica si occupa anche di studiare tutti i fenomeni e le possibili applicazioni della conduzione di corrente da parte degli elettroliti.

Reazione redox

Una reazione redox, o di ossidoriduzione, è una reazione chimica che avviene con cambiamento del numero di ossidazione dei reagenti dovuto a scambio di elettroni. La specie chimica che tende ad acquistare elettroni, diminuendo il suo numero di ossidazione, viene detta ossidante in quanto provoca ossidazione mentre lei si riduce. Di contro, una specie che tende a cedere elettroni, aumentando il suo numero di ossidazione, viene detta riducente in quanto provoca riduzione mentre lei si ossida.

Analizzando il seguente esempio di reazione redox

C6H5NO2 + 2 Fe + 6 HCl → C6H5NH2 + 2 FeCl3 + 3 H2O

dove il nitrobenzene è la specie ossidante che acquista 6 elettroni passando da un numero di ossidazione +3 a -3 e il ferro è la specie riducente che cede 3 elettroni passando da numero di ossidazione 0 a +3. La reazione è condotta in ambiente acido per acido cloridrico. C6H5NH2/C6H5NO2 e Fe2+/Fe rappresentano due coppie redox.

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Conversione dell'energia elettrica in energia chimica

L'energia elettrica può essere sfruttata per fornire il lavoro necessario affinché avvenga una reazione redox non spontanea. Questo rappresenta il caso opposto della pila e trova diverse applicazioni pratiche. L'elettrolisi rappresenta un esempio classico di conversione di energia elettrica in energia chimica è può essere utilizzata, ad esempio, per produrre idrogeno gassoso dall'acqua, per la raffinazione dei metalli o per scopi sintetici come nel caso della sintesi industriale dell'idrossido di sodio. In chimica analitica l'elettrogravimetria permette la determinazione quantitativa accurata di concentrazioni di metalli in soluzione, con la possibilità di poterne determinare anche il livello di purezza (ad esempio, analisi delle leghe). Le batterie ricaricabili vengono rigenerate applicando una corrente elettrica, mentre l'elettrosintesi sfrutta tale corrente a scopo sintetico.

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