Metodi elettrochimici

I metodi elettrochimici mostrano alcuni vantaggi rispetto ad altre tecniche analitiche sia per quanto attiene la possibilità di analisi chimiche sia qualitative e che quantitative di basse quantità di analita sia per i bassi costi e per la velocità del metodo.

I metodi elettrochimici si riferiscono a processo che coinvolgono reazioni di ossidoriduzione nel circuito composto da elettrolita, catodo e anodo sotto una tensione esterna

Le tecniche elettroanalitiche riguardano l’interazione tra energia elettrica e chimica, ovvero la correlazione tra grandezze elettriche come:

• corrente
• potenziale
• carica con grandezze chimiche quali la concentrazione.

L’uso di misure elettriche per scopi analitici ha trovato un’ampia gamma di applicazioni, tra cui il monitoraggio ambientale, il controllo di qualità e le analisi biomediche.

Sebbene le fonti del segnale elettrico siano solo tre ovvero il potenziale, la corrente e la carica le tecniche possibili sono moltissime. Esse nelle linee generali possono essere suddivise in metodi che si basano sulla misura di grandezze in condizioni di equilibrio. Quindi in assenza di corrente e metodi in cui è misurata l’intensità di corrente elettrica all’interno di una cella elettrochimica.

I metodi elettrochimici  vengono utilizzati per la produzione di polveri con dimensioni delle particelle che vanno da pochi nanometri a diversi millimetri. Inoltre i metodi elettrochimici possono essere applicati nel trattamento di acque per la rimozione qualsiasi tipo di inquinante, inclusi composti organici e inorganici , microrganismi e ioni, consentendo di ottenere acqua pulita di qualità di acqua distillata.

Classificazione dei metodi elettrochimici

Questi ultimi metodi sono a loro volta classificati sulla base della misura che è effettuata e si suddividono in:

• coulombometria
•  elettrogravimetria
•  conduttimetria
•  voltammetria

Potenziometria

La potenziometria permette di seguire la variazione di concentrazione di una specie redox tramite la variazione del potenziale elettrico. Si basa su misure di potenziale in celle elettrochimiche in cui non vi sia passaggio di corrente che è legato alle concentrazioni delle specie coinvolte nelle reazioni agli elettrodi.

La potenziometria, a sua volta, si divide in:

• • potenziometria diretta in cui si misura il potenziale di una cella per determinare la concentrazione di una specie
  • potenziometria indiretta in cui si misura la variazione del potenziale di una cella durante una per determinarne il punto finale.

La prima titolazione potenziometrica fu eseguita nel 1893 da Robert Behrend all’Istituto Ostwald di Lipsia.

Coulombometria

Con la coulombometria ed elettrogravimetria la determinazione di un analita avviene sfruttando, rispettivamente, la carica elettrica che è proporzionale alla quantità di analita necessaria per la sua completa ossidazione o riduzione o la massa che si deposita su uno dei due elettrodi di una cella elettrochimica in seguito a tale processo.

La coulombometria si suddivide a sua volta in:

• coulombometria quando viene applicato un potenziale costante durante il tempo dell’elettrolisi che è scelto in corrispondenza della corrente limite di diffusione
• coulombometria a corrente costante meglio nota come titolazione coulombometrica in cui è mantenuta fissa la corrente tramite un amperostato e il titolante è generato per via elettrochimica.

Nell’elettrogravimetria è determinata la massa dell’analita che si deposita all’elettrodo nel corso di un processo elettrolitico. È abitualmente utilizzata per l’analisi di cationi che si depositano al catodo a seguito di un processo di riduzione. I processi elettrogravimetrici possono essere condotti controllando o meno il potenziale dell’elettrodo di lavoro.

Conduttimetria

La conduttimetria è una tecnica analitica basata sulla misura della conducibilità elettrica delle soluzioni elettrolitiche in cui sono immersi due elettrodi inerti che vengono sottoposti ad una opportuna d.d.p.

Le misure conduttimetriche si possono classificare in misure dirette della conducibilità specifica che sono utilizzate quando si vogliono raccogliere informazioni sul contenuto di ioni e misure indirette (titolazioni conduttimetriche) in cui si va a monitorare la variazione della conducibilità specifica:  il principio su cui si basa questo metodo è sostituire ioni con una certa mobilità con ioni con diversa mobilità, in modo da ottenere variazioni della conducibilità nel corso della reazione.

La voltammetria si basa sulla scarica di un analita misurando la corrente che attraversa un elettrodo immerso nella soluzione contenente le specie elettroattive, in grado cioè di ridursi o ossidarsi, quando è applicato