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RELAZIONE STRUTTURA –PROPRIETA’ IMPORTANTE!!!!!!!
Cu ---> Cu2+ + 2 e-
2 ( Ag+ + e- ---> Ag )
Cu + 2 Ag+ ---> Cu2+ + Ag
La prima pila
Nel 1799 Alessandro Volta riprese gli studi di Luigi Galvani sulla corrente elettrica, riuscendo a realizzare la prima pila (oggi detta voltaica), con i seguenti costituenti:
Un supporto di legno posto verticalmente su una base circolare
Dischetti di rame e zinco
Panno imbevuto di una soluzione acida formata da acqua e acido solforico
Due fili di rame
La pila consiste di dischetti di rame e zinco alternati, fra i quali sono interposti dischetti di panno acidulato, il tutto tenuto a posto dalla struttura di legno esterna. Una volta disposti i dischetti e il panno sul supporto, collegando il primo e l'ultimo dischetto della colonna con due fili di rame, si viene a creare tra essi un potenziale elettrico.
Il dispositivo così costituito permise a Volta di produrre una corrente elettrica, di cui osservò il flusso riuscendo a indurre la contrazione dei muscoli di una rana morta
PILA = DISPOSITIVO PER RECUPERARE E UTILIZZARE
G COME LAVORO
Fe2+-->Fe3+ + e- Ce4+ + e--->Ce3+
Fe2+ + Ce4+ -->Fe3+ + Ce3+
Una pila scarica è un sistema arrivato all’equilibrio
E= E° + (0,059/n)lg(1/Q)
E=0 = E° + (0,059/n)lg(1/K)
E° = (0,059/n)lgK
Nelle pile viste fino ad ora le reazioni
avvengono in soluzione acquosa in
presenza di elettroliti, quindi la loro
fem cala nel tempo. Alle pile è logico
chiedere una fem costante. Tutte le
pile descritte di seguito garantiscono
una fem costante o perché sono
continuamente rifornite di combustibile
o perché sono “a secco”.
Celle a combustibile continuamente ricaricate, produzione continua, cella Bacon
Pt,H2(g) --> 2H+(aq) + e-; E0 = 0.0000 V Pt,O2(g) + 4H+(aq) + 4e- --> 2H2O; E0 = +1.2288 V f.e.m. 1.2288 V O2(g) + 2H2(g) --> 2H2O. Alti Costi di partenza, avvelenamento del platino
Celle al mercurio (Ruben cell) del 1947.
Zn(s) + HgO(s) --> ZnO(s) + Hg(l)
(-) Zn(s)/KOH,ZnO(s),H2O/HgO(s),Hg(l) (+)
dispendiose ma a potenziale costante
La prima pila a secco, cioè priva di elementi liquidi, prodotta industrialmente e commercializzata su ampia scala è la pila Leclanché, dal nome di Georges Leclanché. La paternità della prima pila a secco è contesa tra Leclanché e Giuseppe Zamboni.
La pila Leclanché è costituita da un anodo di zinco metallico, che funge anche da contenitore, e da un catodo costituito da una barretta di grafite, sulla cui superficie avviene la riduzione del biossido di manganese, miscelato a del cloruro d'ammonio a formare una pasta gelatinosa.
La stechiometria della reazione di riduzione non è esattamente nota, tuttavia si può dire che le reazioni che in una pila Leclanché sono le seguenti
ossidazione Zn → Zn2+ + 2 e- Eo = - 0,76 V
riduzione 2 MnO2 + 2 NH4+ + 2 e- → 2 MnO(OH) + 2 NH3
Eo = + 0,75 V
reazione complessiva
Zn + 2 MnO2 + 2 NH4+ → Zn2+ + 2 MnO(OH) + 2 NH3
Eo = + 1,51 V
Il cloruro d'ammonio, oltre a fornire gli ioni H+ per la reazione di riduzione, ha anche il compito di complessare gli ioni zinco prodotti dalla reazione di ossidazione
Zn2+ + 2 NH4+ + 2 OH- → [Zn(NH3)2]2+ + 2 H2O
mantenendo quindi bassa la concentrazione degli ioni Zn2+ liberi, e quindi mantenendo elevato il potenziale della reazione di ossidazione, legato alle concentrazioni delle specie ossidata e ridotta secondo l'equazione di Nernst.
L'ammoniaca che si libera al catodo tende a formare un velo gassoso sulla sua superficie, che impedisce il flusso degli elettroni. Quando questo avviene, la pila smette di erogare corrente e diviene scarica.
La stechiometria della reazione di riduzione non è esattamente nota, tuttavia si può dire che le reazioni che in una pila Leclanché sono le seguenti
Batterie ad argento
Le batterie ad argento sono molto simili a quelle a mercurio. Utilizzano un anodo di zinco e un catodo di argento e l’elettrolita è sempre una pasta alcalina di idrossido di potassio (KOH). La differenza di potenziale ai poli è di 1,6 V.
Reazione chimica all'anodo (ossidazione)
Zn + 2OH- -> ZnO + H2O + 2e-
Reazione chimica al catodo (riduzione)
Ag2O + H2O + 2e- -> 2Ag + 2OH-
Reazione completa
Zn + Ag2O -> ZnO + 2Ag
Usi: Macchine fotografiche, pacemaker cardiaci, alcuni apparecchi elettronici di precisione
Vantaggi: Dimensioni ridotte, voltaggio relativamente alto e molto stabile
Svantaggi: Costo molto elevato
Pila Weston
La pila Weston, che deve il suo nome al chimico inglese Edward Weston che la creò nel 1893, è una nota pila a umido di riferimento utilizzata in laboratorio per la calibrazioni di strumenti di misura quali i voltmetri e i potenziometri. L'anodo è costituito da un amalgama Cd/Hg al 12,5% in Cd, mentre il catodo è formato da una pasta di solfato mercuroso (Hg2SO4) depositata su mercurio metallico. L'elettrolita è comune alle due celle ed è rappresentato, nella versione originaria ideata da Weston, da una soluzione satura di solfato di cadmio (CdSO4); nelle moderne versioni si utilizza invece una soluzione insatura, onde avere una minore variabilità del potenziale erogato in funzione della temperatura. La forza elettromotrice della pila originaria vale 1,0183 V a 20°C.
Reazione chimica all'anodo (ossidazione)
Cdamalg. -> Cd2+ + 2 e-
Reazione chimica al catodo (riduzione)
Hg2SO4 + 2 e- → 2 Hg + SO42-
Usi: calibrazione di strumenti di misura quali voltmetri e potenziometri
Vantaggi: forza elettromotrice costante nel tempo e che presenta piccolissima variazione in funzione della temperatura (elevata riproducibilità)
Svantaggi: utilizzo di mercurio tossico, necessaria calibrazione periodica della pila insatura con una cella che utilizza la versione satura
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