Concetti Chiave
- L'elettrochimica studia il trasferimento di elettroni in processi chimici, comprendendo sia le reazioni redox che la generazione di energia elettrica.
- Le celle elettrochimiche sono suddivise in celle galvaniche, che producono elettricità in reazioni spontanee, e celle elettrolitiche, che richiedono energia esterna per attivare reazioni non spontanee.
- Una cella galvanica è composta da due elettrodi immersi in semicelle con soluzioni elettrolitiche, in grado di condurre corrente grazie alla presenza di elettroliti.
- Nella cella galvanica, l'anodo si ossida cedendo elettroni, mentre il catodo si riduce, accumulando elettroni e formando metallo.
- Il ponte salino collega le due semicelle, consentendo il passaggio di ioni senza mescolare le soluzioni, mantenendo l'equilibrio elettrico nel circuito.
L’elettrochimica è un ramo della chimica che studia i processi che coinvolgono in un sistema chimico il trasferimento di elettroni, e quindi di corrente elettrica. Tratta infatti trasformazioni chimiche prodotte dal passaggio di elettricità e la produzione di energia elettrica per mezzo delle stesse. In entrambe le situazioni, le trasformazioni che avvengono sono di ossidoriduzione (o redox) ed esse hanno luogo in particolari dispositivi detti celle elettrochimiche. Si distinguono due tipi di celle sulla base della spontaneità di queste trasformazioni: se la reazione è spontanea, ossia si compie senza interventi esterni, vi è una produzione di elettricità e si parla di cella galvanica (anche detta voltaica o più comunemente pila), mentre se essa non è spontanea, si utilizza dell’energia elettrica fornita dall’esterno per attivare la reazione e quindi si parla di cella elettrolitica. Si assiste perciò nel primo caso alla conversione di energia chimica in energia elettrica e viceversa nel secondo caso.
Funzionamento delle celle galvaniche
Una cella galvanica è costituita da due elettrodi, generalmente due lamine metalliche, contenuti in due recipienti, detti semicelle, riempiti con la soluzione del corrispettivo sale, detta soluzione elettrolitica. Essa è in grado di condurre corrente elettrica grazie alla presenza di elettroliti ovvero di acidi, basi e Sali, che in soluzione acquosa si dissociano totalmente o parzialmente in ioni positivi e negativi. L’elettrodo nel quale avviene la reazione di riduzione si chiama catodo e in una pila è caricato positivamente (perché cede spontaneamente elettroni) mentre quello nel quale avviene la reazione di ossidazione si chiama anodo ed è negativo (perché vi si accumulano elettroni). I due metalli semimmersi sono collegati mediante un filo metallico congiunto a un tester, mentre le due soluzioni sono messe in relazione per mezzo di un ponte salino, ossia un tubo di vetro a U contenente una soluzione salina molto concentrata.
Processo di ossidazione e riduzione
La lamina dell’anodo tende spontaneamente a cedere elettroni e quindi ad ossidarsi, consumandosi e passando in soluzione; gli elettroni, in seguito, attraversano il filo e vengono attratti dagli ioni del catodo, che di conseguenza si riducono, divenendo metallici e andando ad inspessire la rispettiva lamina. Il ponte salino chiude il circuito elettrico permettendo il passaggio di ioni da una semicella all’altra senza che le loro soluzioni si mescolino in quanto il sale in esso contenuto si scinde e i suoi ioni verranno attirati dalle due soluzioni che presentano cariche opposte. Un esempio di cella galvanica è la pila di Daniell.
Domande da interrogazione
- Che cos'è l'elettrochimica e quali processi studia?
- Qual è la differenza tra una cella galvanica e una cella elettrolitica?
- Come è costituita una cella galvanica e come funziona?
- Qual è il ruolo del ponte salino in una cella galvanica?
L'elettrochimica è un ramo della chimica che studia i processi di trasferimento di elettroni in un sistema chimico, analizzando sia le trasformazioni chimiche prodotte dal passaggio di elettricità sia la produzione di energia elettrica attraverso questi processi.
La cella galvanica produce elettricità attraverso reazioni spontanee, mentre la cella elettrolitica richiede energia elettrica esterna per attivare reazioni non spontanee, invertendo il processo di conversione di energia chimica in elettrica e viceversa.
Una cella galvanica è composta da due elettrodi in due semicelle riempite di soluzione elettrolitica. Gli elettroni fluiscono dall'anodo (ossidazione) al catodo (riduzione) attraverso un filo metallico, mentre un ponte salino consente il passaggio di ioni tra le semicelle senza mescolare le soluzioni.
Il ponte salino chiude il circuito elettrico permettendo il passaggio di ioni tra le semicelle, mantenendo separate le soluzioni e garantendo il corretto funzionamento della cella galvanica, poiché gli ioni del sale si muovono verso le soluzioni con cariche opposte.
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