Concetti Chiave
- La reazione redox si divide in semireazioni di ossidazione e riduzione, con la spontaneità determinata dalla forza elettromotrice (fem) positiva.
- Il potenziale di riduzione dell'idrogeno è maggiore rispetto a quello dello zinco, portando alla sua ossidazione in presenza di ioni H+.
- Le pile commerciali includono vari tipi, come la pila Leclanché, che è a secco e non ricaricabile, con specifiche reazioni di ossidazione e riduzione.
- La pila Leclanché presenta una caduta di tensione rapida a causa della deposizione dei prodotti sugli elettrodi e dell'acidità dell'elettrolita.
- Le pile alcaline rappresentano una versione migliorata della pila Leclanché, offrendo prestazioni più elevate.
1.
Che cosa sono le reazioni redox e i potenziali?
Prodotti delle reazioni redox
Come sappiamo una reazione redox è divisibile in due semireazioni (di ossidazione e di riduzione). La reazione redox è spontanea se la fem è positiva. Un sistema chimico è riducente nei confronti dei sistemi a potenziale di riduzione più alto. Un sistema chimico è invece ossidante nei confronti dei sistemi a potenziale di riduzione più basso.
Si consideri la reazione tra Zn e HCl. Il sistema contiene le specie Zn, H+ e Cl-. Si considerano ora le semireazioni di riduzione, di cui si conosce il potenziale attraverso i valori contenuti nelle specifiche tabelle:
Zn2+ + 2e-Zn E° = -0.76 V
2H+ + 2e-H2 E° = 0 V
Cl2 + 2e-2Cl- E° = +1.36V
La specie Cl2, se fosse presente, sarebbe la più ossidante. Il potenziale di riduzione dell’idrogeno è maggiore di quello dello zinco, quindi gli ioni H+ ossidano lo zinco a Zn2+. La semireazione dello zinco va da destra verso sinistra (reazione di ossidazione).
■(Zn→Zn^(2+)+〖2e〗^-&〖E°〗_ox=0.76V)
■(〖2H〗^++2e^-→H_2&〖E°〗_red=0V)
■(〖Zn+2H〗^+→〖Zn〗^(2+)+H_2&E°=0.76V)
In forma neutra: Zn + 2HClZnCl2 + H2
2.
Pile commerciali e loro tipologie
Pile commerciali
Esistono diverse tipologie di pile commerciali:
o Pila Leclanché (pila a secco)
È detta pila a secco perché non contiene alcun liquido libero all’interno. L’ossidazione si ha su di un anodo di zinco, e la riduzione su di catodo di carbone inerte (grafite). La pila Leclanché non può essere ricaricata, è anche detta cella primaria. Quando si utilizza rapidamente la corrente della pila, i prodotti si depositano sugli elettrodi, e questo provocala caduta del voltaggio. Inoltre, l’acidità dell’elettrolita provoca una lenta solubilizzazione dello zinco.
Una forma migliore di pila Leclanchè è la pila alcalina.
o Pila alcalina (al mercurio)
o Pila a combustione
Domande da interrogazione
- Qual è la condizione affinché una reazione redox sia spontanea?
- Quali sono le caratteristiche della pila Leclanché?
- Come si differenziano le pile commerciali?
Una reazione redox è spontanea se la forza elettromotrice (fem) è positiva, indicando che il sistema chimico è in grado di ossidare o ridurre altre specie chimiche (come descritto nel testo).
La pila Leclanché è una cella primaria a secco, con ossidazione su un anodo di zinco e riduzione su un catodo di grafite. Non è ricaricabile e presenta una caduta di voltaggio se utilizzata rapidamente, a causa della deposizione dei prodotti sugli elettrodi (come spiegato nel testo).
Le pile commerciali si differenziano in base alla loro costruzione e funzionamento, come la pila Leclanché, la pila alcalina e la pila a combustione, ognuna con specifiche caratteristiche e applicazioni (come indicato nel testo).
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