Unità 7

La corrente elettrica nei liquidi e nei gas

1. Le soluzioni elettrolitiche

• M. Faraday scoprì che una soluzione di acqua (di per sé isolante) con un sale, una base o un acido è conduttrice di elettricità;

• l'esperimento si realizza mediante una cella elettrolitica, che è un recipiente contenente la soluzione e due elettrodi metallici, collegati ad un generatore.

Se il liquido è conduttore, l'amperometro segna passaggio di corrente.

Le soluzioni elettrolitiche

• La debolissima conduzione dell'acqua distillata aumenta notevolmente aggiungendo quantità anche piccole di sali, basi o acidi.

• Qualsiasi sostanza che, disciolta nell'acqua, la rende conduttrice si chiama elettrolita;

• le sostanze organiche sono non-elettroliti. • Gli esperimenti mostrano che per le soluzioni

elettrolitiche vale la prima legge di Ohm, finché la temperatura è lontana da quella di ebollizione.

La dissociazione elettrolitica

• Il comportamento delle soluzioni elettrolitiche si spiega con la struttura chimica degli elettroliti:

• ad esempio il sale da cucina è formato da un reticolo cristallino in cui si alternano ioni sodio (Na+) e ioni cloro (Cl–);

• questi ioni si sono formati in seguito al trasferimento di un elettrone dal Na al Cl.

La dissociazione elettrolitica

• Tra gli ioni di segno opposto agisce il legame ionico, dovuto all'attrazione elettrostatica.

• Il legame ionico mantiene coeso il reticolo; quando però il sale è sciolto in acqua il legame si indebolisce e gli ioni si liberano dal cristallo.

• Questo accade perché la molecola dell'acqua è polare: all'interno la carica è

• distribuita in modo asimmetrico.

La dissociazione elettrolitica

• La molecola d'acqua si comporta come un dipolo elettrico.

La dissociazione elettrolitica

• Gli ioni disciolti possono • muoversi liberamente nell'acqua; • il fenomeno di dissoluzione delle • sostanze ioniche in acqua si chiama • dissociazione elettrolitica • o ionica.

• Le sostanze organiche, come lo zucchero, hanno struttura molecolare formata da forti legami covalenti: l'acqua può sciogliere i deboli legami tra molecole, che però sono neutre e quindi incapaci di condurre corrente.

5. La conducibilità nei gas

• In un gas isolato non vi sono portatori di carica: per sua natura, il gas è un isolante perfetto;

• tuttavia un gas può diventare conduttore se un agente esterno ionizza alcune delle sue molecole.

• Gli agenti ionizzanti sono radiazioni elettromagnetiche (u.v., X, gamma) oppure particelle veloci (elettroni, protoni);

• in un gas ionizzato sono presenti: ioni positivi, elettroni liberi e ioni negativi (che si formano se una molecola cattura un elettrone libero).

La conducibilità nei gas

• Per esempio:

• Un gas è sempre soggetto all'azione di agenti ionizzanti (raggi solari e cosmici, radioattività...).

Le scariche elettriche nei gas

• Per osservare la scarica elettrica in un gas lo si rinchiude in un tubo trasparente, ai cui estremi vi sono due elettrodi.

• Variando il valore di R, • si osserva che ∆V e i • non sono direttamente • proporzionali:

• per i gas non vale la prima legge di Ohm.

6. I raggi catodici

• Quando la pressione del gas nel tubo è di 10-1-10-2 Pa, sulla parete di fronte al catodo compare una macchia fluorescente.

• La fluorescenza è stata • scoperta nell'Ottocento ed è • dovuta ai raggi catodici: • sono gli elettroni emessi • dal catodo, in seguito al • bombardamento di ioni • positivi .

I raggi catodici

• Gli ioni positivi sono accelerati dal catodo e vi giungono, urtandolo ed estraendone elettroni;

• gli elettroni emessi, detti raggi catodici, sono a loro volta attratti verso l'anodo, che è cavo: a causa della loro forte velocità v, lo superano ed urtano sulla parete di vetro del tubo (se ∆V = 104 V, v ≅ 100 000 km/s);

• le molecole del vetro assorbono l'energia cinetica e la riemettono sotto forma di fluorescenza luminosa.

Il tubo a raggi catodici

• È utilizzato negli schermi di televisori e computer: è un tubo di vetro a forma di imbuto, in cui è stato fatto il vuoto.

• Gli elettroni, in questo caso, • vengono emessi dal catodo • per effetto termoionico • ad alta temperatura;

• sono accelerati verso l'anodo • e alcuni di essi passano attraverso il suo foro.

Il tubo a raggi catodici

• Gli elettroni del fascio hanno praticamente tutti la stessa energia e sono diretti verso il centro dello schermo fluorescente opposto al catodo;

• il fascio si direziona usando forze elettriche o magnetiche: nell'oscilloscopio il puntino luminoso generato dal fascio viene fatto muovere da due campi elettrici dovuti a due condensatori.