Pila: appunti di elettrochimica

Si definisce pila un dispositivo che trasforma l'energia chimica in energia elettrica.

Esse è costituito da due elettrodi di differenti materiali H₁ e H₂ immersi in elettroliti contenenti rispettivamente Lyon H₁²⁺ e H₂²⁺. I due semiconduttori sono separati da una parete semiporosa che impedisce il mescolamento delle soluzioni, ma permette il passaggio degli ioni.

I due elettrodi assumono i seguenti potenziali:

Π₁ = Π₀ + ^RT⁄_2F ln ^[H₁2+]⁄_[H1]

Π₂ = Π₃ + ^RT⁄_2F ln ^[H₂2+]⁄_[H2]

Quanto più il potenziale dell'elettrodo Π_e è positivo, tanto più è negativa la variazione di energia libera ΔG nel processo di scarica, ossia maggiore la tendenza alla riduzione.

Lasciare l'elettrodo per scaricarsi sugli elettroliti metallici, dunque, se Π₂ > Π₁. Gli ioni metallici H₂²⁺ hanno una tendenza a scaricarsi sull'elettrodo metallico H₂ più elevata di quella che hanno gli ioni H₁²⁺ a scaricarsi sull'elettrodo H₁; quindi, quando i due elettrodi vengono collegati tramite un conduttore esterno, se Π₂ > Π₁, il processo di riduzione sull'elettrodo H₂ sono quello che ha maggiore tendenza a realizzarsi. Gli elettroni necessari per questo processo vengono prodotti dall'elettrodo H₁ attraverso il circuito esterno.

All'elettrodo H₁ deve quindi avvenire la reazione inversa di ossidazione del metallo.

Lo schema della reazione che avviene su H₁ e su H₂ dopo la reazione globale che avviene nella pila costruiamo:

H₁ ^{0 2e- 2V+}

H₃ ^{2 2e- 2O-}

H₃ ^2V+

H₁ ^{0 2e- 2V+}

3H₁ + 2H₃ → 2H₃ ²⁺ + 2H₂;

2H₁ + 2H₃²⁺ + 2H₃ → 2H₁;

3H₁ + 2H₃²⁺ + 2H₂ → 3H₃²⁺ + 2H₁;

Θ 3H₂⁰ + 2H₁ → 2H₃²⁺ + 2H₂;

Θ 2H₃⁺ + 2H₃²⁺ → 2H₁;

... differenza tra i potenziali dei due elettrodi: è detta forza elettromotrice

f.em. = T₁ - T₂

f_em = ^TI₀⁄₀ -

potenziale potenziale

catodo

anodo

La f.em. minima affinché si abbia una pila è 0,5V. f_em ≥ 0,5V

La differenza di potenziale della pila diminuisce col tempo perciò quando il

file aumenta ai diminuire della vol tagine della cella e con l'utilizzo porta cuoi

condizione T₁ = T₁. Intanzo collegano il sistema potenzanto ha

reazoni reagiate se si fornian somovilion opoorione

lavoro. Una modificazione dell'equilibrio reaxarono si portanorucurare e

autocarro forando forzareo elettrico al sistema;

ossia realizzando un'elettrolisi.

Una pila che può essere ricaricato con energia elettrica esterna quando ha

ero ststo quella disponibile e detto Pila Reversibile.

La pila Leclanché

Leclanché partì dal lavoro di Volta e di Daniel correggendone le problematiche.

Entrambe le pile avevano come anodo lo zinco:

• Zn ➔ Zn²⁺ + 2e^- (ox)

Come catodo questa volta viene scelto un conduttore non metallico: grafite. Cilindro 1/2 pose in posizione centrale interne delle pila stilo.

La pila di volta utilizzava l'acido solforico H₂SO₄ che è corrosivo.

1. Sceglie una fonte di H⁺ non acida HN₄⁺

NH₄OH ➔ NH₄⁺ + OH^-

NH₄OH ➔ NH₃ + H₂O

Usa biossido di manganese MnO₂ come depolarizzante:

• 2MnO₂ + H₂O ➔ H₂O + Mn₂O₃

Quando la pila è esaurita restano Zn²⁺, Cl^-, H₂O, Mn₂O₃, NH₃ gas.

La pila Leclanché non è reversibile.

Se vogliamo una pila prestante:

• carcassa spessa
• soluzione saturate di NH₄Cl
• elevata quantità di depolarizzante