Voltametro di Hofmann: elettrolisi dell’acqua
Il voltametro di Hofmann è un dispositivo ideato nel 1866 dal chimico tedesco August Wilhelm von Hofmann noto per il suo contributo allo sviluppo delle tecniche di sintesi organica.
Il voltametro di Hofmann fu concepito per l’elettrolisi dell’acqua sebbene possa essere utilizzato per l’elettrolisi dell’ammoniaca e dell’acido cloridrico.
Elettrolisi dell’acqua
L’elettrolisi dell’acqua consiste in una reazione di decomposizione in idrogeno e ossigeno molecolare secondo la reazione:
2 H2O → 2 H2 + O2
Tale reazione non è spontanea e ha un potenziale standard di – 1.23 V ed è quindi necessaria una differenza di potenziale di + 1.23 V per realizzarla sebbene, a causa di sovratensioni, è necessaria una d.d.p. maggiore.
L’acqua ha un basso valore della costante di autoionizzazione pertanto l’acqua pura è un cattivo conduttore.
Si usa quindi aggiungere all’acqua un elettrolita forte in modo che la conduttività aumenti; bisogna, tuttavia che l’elettrolita non contenga cationi che possano competere con la riduzione dello ione H+ e quindi vengono usati cationi che hanno un potenziale normale di riduzione inferiore a quello dello ione H+ ovvero, ad esempio ioni dei metalli alcalini e alcalino-terrosi. In genere viene usato l’acido solforico o l’idrossido di sodio o di potassio o il solfato di sodio.
Semireazioni nel voltametro di Hofmann
Al catodo avviene la semireazione di riduzione:
4 H+(aq) + 4 e– → 2 H2(g)
All’anodo avviene la semireazione di ossidazione:
2 H2O(l) → O2(g)+ 4 H+(aq) + 4 e–
Il voltametro di Hofmann è costituito da tre tubi di vetro connessi da un ponte che si trova in prossimità delle loro basi. Il tubo centrale viene usato per riempire il dispositivo con acqua e una minima quantità dell’elettrolita scelto.
Alla base di ciascuno degli altri tubi è presente un elettrodo di platino collegati ad un alimentatore di corrente continua e si osserverà, in corrispondenza di ciascuno dei due elettrodi la formazione di un gas che si raccoglie all’estremità dei due tubi graduati.
Il voltametro di Hofmann può essere utilizzato per l’elettrolisi dell’acqua in laboratorio ma ha anche una grande valenza didattica per le risultanze sperimentali facilmente osservabili.
Infatti dalla reazione di elettrolisi dell’acqua si ha che in condizioni ideali si sviluppa un volume di idrogeno che è il doppio rispetto a quello di ossigeno stante il rapporto stechiometrico di 2:1
La formazione dell’idrogeno può essere verificata aprendo il rubinetto in corrispondenza del catodo e avvicinando un fiammifero acceso. Si noterà che il gas che fuoriesce si incendia provocando un piccolo scoppiettio.
