Appunti di chimica su Elettrochimica, Pile, Equazione di Nernst

ELETTROCHIMICA

Studia processi e trasformazioni di ENERGIA CHIMICA (potenziale) in ENERGIA ELETTRICA e viceversa.

Le reazioni interessate sono le reazioni redox, in cui gli elettroni passano dalla specie che si ossida a quella che si riduce, e tra le quali vi è una DIFFERENZA DI POTENZIALE.

Possiamo distinguere 2 processi dove avvengono:

1. PILA o CELLA GALVANICA

   In cui vi è il passaggio:

   • ENERGIA CHIMICA (POTENZIALE) -> ENERGIA ELETTRICA

   La reazione avviene grazie alla forza del potenziale: gli elettroni passano da un materiale a più alto livello energetico ad uno in un livello più basso (REAZIONE SPONTANEA).

   Viene quindi sfruttata la differenza di potenziale tra l'anodo e il catodo al fine di produrre energia elettrica.

2. CELLA ELETTROLITICA

   Dove avviene l'ELETTROLISI. C'è il passaggio:

   • ENERGIA ELETTRICA -> ENERGIA POTENZIALE (CHIMICA)

   La reazione avviene contro il gradiente di potenziale: gli elettroni si muovono da un livello di potenziale minore ad un livello di energia maggiore, per far ciò bisogna fornire energia elettrica (REAZIONE NON SPONTANEA).

   Questo processo viene definito "ELETTROLISI", cioè la rottura dei legami tramite il passaggio di energia elettrica (usata per produrre materiali).

PILE

Sono dispositivi in grado di sfruttare reazioni redox spontanee per trasformare energia chimica (potenziale di elettrodo) in energia elettrica.

La Pila è divisa in 2 semicelle nelle quali avvengono separatamente la reazione di riduzione (in una semicella) e la reazione di ossidazione (altra).

La più più comune è la Pila Daniell in cui avviene la reazione di ossidoriduzione tra rame e zinco.

• Zn → Zn²⁺ + 2e^-
• Cu²⁺ + 2e^- → Cu

Lo Zinco si ossida e cede 2e^- (ione rameico, che si riduce e acquista 2e^-)

Per convenzione le due semireazioni vengono scritte sotto forma di riduzione:

• Cu²⁺ + 2e^- → Cu
• Zn²⁺ + 2e^- →Zn

Questo però non significa in ogni quale delle due semicelle è componente; uno anodo e uno catodo ma sarà scritto nel momento in cui verranno collegate e si vedrà la ΔV (differenza di potenziale).

In ogni semicella avremo quindi una coppia Redox

• - Zn²⁺/_Zn
• - Cu²⁺/_Cu

(forma ossidata/forma ridotta)

Descrizione Pila Daniell

È costituita da due semicelle separate:

1. in una delle due immergiamo una barra di zinco metallico (Zn) in una soluzione di solfato di zinco (ZnSO₄) che dissociandosi completamente fornisce gli ioni Zn²⁺
2. nell'altra semicella immergiamo un barra di rame metallico (Cu) in una soluzione di solfato di rame (CuSO₄) che dissociandosi completamente fornisce gli ioni Cu²⁺.

Finché le due semicelle sono separate non si osserva nessuna reazione.

(non si vede, non ha né e^-, non è accumulato)

SERIE ELETTROCHIMICA

È la schematizzazione delle numerose E⁰ calcolate con la semicella ad idrogeno. In questa schematizzazione le coppie redox sono ordinate per E⁰ decrescente e sono scritte solo forma di riduzione. Si prevedono

2 COPPIE REDOX

→ COPPIA REDOX E⁰ → SI RIDUCE + C_ATODO

← COPPIA REDOX E⁰ ← SI OSSIDA + A_NODO

FEM = E⁰ C_ATODO - E⁰ A_NODO

FEM SELLA PELA DANIEL

FEM = E⁰_C^U+2/CU - E⁰_Zn+2/Zn = 0,34 – [- 0,76] = 1,1 V)

La consegna da potenziali standard riduzione a prodotti di tale potenziali sulle coxsone redox

Punti di connettamento avvenuta coppia redox tende ad ossidare le coppie meglio il potenziale minore, mentre viene ossidata delle coppie redox o potenziale maggiore.

Ad esempio i metalli con E⁰ < E⁰H⁺/H₂ vengono ossidati (corrose) da soluzione in di acidi FORTI

• Ferro (E⁰ = -0,44 V) → vengono attaccati dagli acidi
• Ramo (E⁰ = -0,24 V)
• Oro (E⁰ = 1,68 V) → rimangono inattaccati (metalli nobli da conog)
• Argento (E⁰ = 0,80 V)