Celle galvaniche

Pile galvaniche o celle galvaniche o pile voltaiche

Si considerino ora due semipile. Una di queste è costituita da una barra di zinco immersa in una soluzione di solfato di zinco ZnSO4, mentre l’altra da una barra di rame immersa in una soluzione di solfato di rame CuSO4. In entrambe le soluzioni il soluto si dissocia completamente, quindi ZnSO4 libera ioni Zn2+ mentre CuSO4 libera ioni Cu2+.
Fino a quando le due semipile rimangono separate non avviene nessun cambiamento, nessuna reazione. Se le due lamine metalliche vengono collegate con un filo conduttore lo zinco, che ha una maggiore tendenza ad ossidarsi rispetto al rame, perde elettroni, i quali passando attraverso il circuito elettronico esterno vengono attratti dagli ioni rameici Cu2+ presenti in soluzione, che acquistandoli si riducono a rame metallico Cu.
Per convenzione l’elettrodo al quale avviene il processo di ossidazione è detto anodo, mentre è detto catodo l’elettrodo al quale avviene il processo di riduzione. L’anodo costituisce il polo negativo, mentre il catodo è il polo positivo della pila.
All’anodo lo zinco metallico, che perde elettroni, si ossida e passa allo stato di ioni Zn2+, quindi la soluzione di solfato di zinco si arricchisce di ioni Zn2+. Invece al catodo gli ioni Cu2+ presenti in soluzione acquistano gli elettroni e si riducono a Cu metallico, quindi la soluzione di solfato metallico si impoverisce di ioni Cu2+. Secondo quanto detto la soluzione all’anodo tende a caricarsi positivamente, mentre la soluzione al catodo tende a caricarsi negativamente.
Questo provocherebbe la perdita di elettroneutralità delle due soluzioni, e il passaggio di corrente elettrica si esaurirebbe in brevissimo tempo. Infatti gli elettroni dovrebbero abbandonare una semipila carica positivamente, che quindi li attrae, per dirigersi verso una semipila carica negativamente che li respinge. In pratica dovrebbe avvenire uno spostamento contrario alla natura degli elettroni, che essendo carichi negativamente vengono attratti da una carica positiva e respinti da una carica negativa.
È qui spiegata l’utilità del ponte salino che collega le due soluzioni, garantendone l’elettroneutralità. Il ponte salino è una struttura ad U che contiene una soluzione molto concentrata di un elettrolita forte (es. Na2SO4), il quale dissociandosi fornisce ioni Na+ alla soluzione catodica e ioni SO42- alla soluzione anodica. La carica negativa che si viene a formare nel catodo è neutralizzata dagli ioni Na+, mentre la carica positiva che si viene formare nell’anodo è neutralizzata dagli ioni SO42-, in questo modo la reazione può continuare.
Si consiglia di osservare l'illustrazione in allegato, da me creata proprio per questa tipologia di esempio.