Elettrochimica

Elettrochimica

Nelle reazioni di ossido riduzione, quello che avviene è uno scambio di elettroni. Le reazioni di ossido riduzione possono essere spontanee oppure no (come qualsiasi altra reazione del resto!). La reazione di ossido riduzione tra una barretta di rame solido posta in soluzione con ioni zinco 2+, prevede che si depositino molecole di zinco solido sulla barretta di rame, mentre la barretta di rame si consuma. Invece non accade nulla. Se facciamo avvenire la reazione opposta, ovvero mettiamo in una soluzione di rame 2+ una barretta di zinco metallico, dopo un po’ noteremo ioni rame sulla barretta (di colore rosso).

Si possono sfruttare reazioni di ossido riduzione che avvengono spontaneamente per avere energia elettrica, utilizzabile per compiere lavoro. È, quindi, necessario costruire un dispositivo, in modo tale da poter far passare elettroni dove vogliamo noi e generare corrente elettrica. Il dispositivo che genera corrente elettrica, ovvero trasformare energia chimica in energia elettrica, è la cella voltaica o la cella galvanica o semplicemente pila (dalla prima pila creata da Volta).

Struttura di una pila

Per sfruttare il passaggio di corrente dobbiamo separare fisicamente le due semireazioni; le dobbiamo far avvenire in recipienti diversi, che prendono il nome di semicelle. In una avremo la soluzione di ioni rame in cui è immersa la barretta di zinco, nell’altra avremo gli ioni di zinco in soluzione in cui è immersa la barretta di rame. Connettiamo le due semicelle con un filo conduttore.

Lo zinco dovrebbe cedere gli elettroni, che devono arrivare al recipiente per completare la reazione, ma ciò non accade, perché, dopo un primo piccolissimo passaggio di elettroni, il processo si arresta. Questo avviene perché da una parte (dove vengono consumati gli elettroni, lo zinco si ossida) si crea un eccesso di carica positiva, mentre vi è una carica di eccesso negativo dove gli elettroni vengono consumati. Si genera, quindi, una differenza di potenziale tra le due celle che si oppone al passaggio degli elettroni (da - a +).

Per ovviare a questo problema bisogna ristabilire l’elettroneutralità del sistema; si inserisce un ponte salino, un tubo di vetro in cui vi è un materiale tipo gel o lana di vetro, in cui vi è un elettrolita (fatto di ioni positivi e negativi) che si spostano dove vi sono gli accumuli di carica in soluzione e si ristabilisce la neutralità del sistema. Gli elettroni sono nuovamente liberi di spostarsi, la differenza di potenziale è maggiore di 0.

Nomenclatura

• Una cella voltaica è composta da due semicelle; i due pezzi di metallo in soluzione nelle due semicelle sono chiamati elettrodi.
• L’elettrodo spesso va ad indicare tutta la semicella.
• L’elettrodo positivo, dove avviene la riduzione, è detto catodo. (RED – CAT)
• L’elettrodo negativo, dove avviene l’ossidazione, è detto anodo. (AN – OX)
• La somma delle due semicelle è l’intera reazione di ossido riduzione, spontanea.
• I segni di anodo e catodo indicano dove si formano gli elettroni e dove tendono ad andare (da anodo a catodo).

Celle con elettrodi inerti

In una cella con elettrodo inerte è presente una barra metallica che non partecipa alla reazione di ossido riduzione (in genere una barretta di platino, detto platinato per aumentare la superficie a disposizione della reazione per aumentarne la velocità). Nella soluzione dell’elettrodo inerte vi sono entrambi gli ioni che partecipano alla semireazione.

Celle con elettrodi a gas

È presente un elettrodo inerte immerso in una soluzione di ioni idrogeno (H⁺) in cui è fatto gorgogliare idrogeno gassoso.

Notazione schematica

Spesso viene utilizzata una notazione schematica per descrivere la cella, in cui...