Cella elettrolitica con elettrodi nichel-rame: ossidazione all'anodo
In una cella elettrolitica con elettrodi nichel e rame, la reazione di ossidazione avviene all'anodo (terminale positivo nelle celle elettrolitiche). La specie ossidata dipende dal materiale dell'elettrodo e dalla composizione dell'elettrolita.
Assunzioni configurazione standard
- Anodo: Elettrodo Nichel (Ni)
- Catodo: Elettrodo Rame (Cu)
- Elettrolita: Soluzione acquosa, tipicamente NiSO₄, CuSO₄, o misto
- Tensione esterna: Applicata > potenziale di decomposizione
Ossidazione all'anodo di nichel
Reazione principale:
Ni(s) → Ni²⁺(aq) + 2e⁻ E° = -0.25 V (vs SHE)
Il metallo nichel perde elettroni, dissolvendosi come ioni Ni²⁺ in soluzione. Questa è la reazione prevista nell'elettrodeposizione/elettraffinaggio del nichel.
Reazioni anodiche concorrenti
| Ossidazione possibile | Reazione | E° (V) | Condizione |
|---|---|---|---|
| Ossidazione acqua | 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ | +1.23 | Alto pH, basso [Ni²⁺], alto sovrapotenziale |
| Ossidazione idrossido | 4OH⁻ → O₂ + 2H₂O + 4e⁻ | +0.40 | Soluzione alcalina |
| Ossidazione cloruro | 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻ | +1.36 | Se Cl⁻ presente (es. elettrolita NiCl₂) |
Nelle tipiche condizioni di elettrodeposizione del nichel (bagno Watts: NiSO₄·6H₂O, NiCl₂·6H₂O, H₃BO₃, pH 3.5-4.5), la dissoluzione del nichel domina grazie a cinetica favorevole e controllo del potenziale applicato.
Al catodo di rame (riduzione)
Ni²⁺(aq) + 2e⁻ → Ni(s) (deposizione nichel sul rame) Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s) (se Cu²⁺ in soluzione) 2H⁺ + 2e⁻ → H₂(g) (evoluzione idrogeno, reazione secondaria)
Implicazioni pratiche
- Consumo anodo: L'anodo di nichel si dissolve, reintegrando Ni²⁺ — richiede sostituzione periodica
- Sacche anodiche: Sacche di panno raccolgono fango anodico (impurità insolubili)
- Efficienza di corrente: 90-97% per nichel (evoluzione H₂ perdita principale)
- Passivazione: Formazione film anodico se densità corrente troppo bassa o Cl⁻ insufficiente
Se elettrodi invertiti (Anodo Cu, Catodo Ni)
Il rame si ossida preferenzialmente:
Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻ E° = +0.34 V
Il rame si dissolve; il nichel si deposita sul catodo di nichel. Usato nell'elettraffinaggio del rame.
In sintesi: Con anodo Ni / catodo Cu in elettrolita nichel, il metallo nichel si ossida a Ni²⁺ all'anodo.