Celle voltaiche
Una cella voltaica è un dispositivo che produce una corrente elettrica da energia rilasciata da una reazione redox spontanea in due mezze celle.
Obiettivi di Apprendimento
Ricordiamo che la riduzione avviene al catodo e l’ossidazione avviene all’anodo di una cella voltaica
Takeaway Chiave
Punti Chiave
- Ossidazione descrive la perdita di elettroni da una molecola, un atomo o ione.
- La riduzione descrive il guadagno di elettroni da parte di una molecola, atomo o ion.
- Gli elettroni fluiscono sempre dall’anodo al catodo.
- Le mezze cellule sono collegate da un ponte salino che consente agli ioni nella soluzione di spostarsi da una mezze cellule all’altra, in modo che la reazione possa continuare.
Termini chiave
- redox: Una reazione chimica reversibile in cui una reazione è un’ossidazione e il contrario è una riduzione.
- half-cell: una delle due parti di una cella elettrochimica contenente un elettrodo e un elettrolita.
- cella voltaica: Una cella, come in una batteria, in cui una reazione chimica irreversibile genera elettricità; una cella che non può essere ricaricata.
Una cella elettrochimica è un dispositivo che produce una corrente elettrica dall’energia rilasciata da una reazione redox spontanea. Questo tipo di cella comprende la cella galvanica, o voltaica, intitolata a Luigi Galvani e Alessandro Volta. Questi scienziati hanno condotto diversi esperimenti su reazioni chimiche e corrente elettrica durante la fine del 18 ° secolo.
Le celle elettrochimiche hanno due elettrodi conduttivi, chiamati anodo e catodo. L’anodo è definito come l’elettrodo in cui si verifica l’ossidazione. Il catodo è l’elettrodo in cui avviene la riduzione. Gli elettrodi possono essere realizzati con materiali sufficientemente conduttivi, come metalli, semiconduttori, grafite e persino polimeri conduttivi. Tra questi elettrodi c’è l’elettrolita, che contiene ioni che possono muoversi liberamente.
La cella voltaica utilizza due diversi elettrodi metallici, ciascuno in una soluzione elettrolitica. L’anodo subirà ossidazione e il catodo subirà riduzione. Il metallo dell’anodo si ossida, passando da uno stato di ossidazione di 0 (nella forma solida) a uno stato di ossidazione positivo, e diventerà uno ion. Al catodo, lo ion metallico nella soluzione accetterà uno o più elettroni dal catodo e lo stato di ossidazione dello ion si ridurrà a 0. Questo forma un metallo solido che si deposita sul catodo. I due elettrodi devono essere collegati elettricamente tra loro, consentendo un flusso di elettroni che lasciano il metallo dell’anodo e fluiscono attraverso questa connessione agli ioni sulla superficie del catodo. Questo flusso di elettroni è una corrente elettrica che può essere utilizzata per fare lavoro, come girare un motore o alimentare una luce.
Esempio di reazione
Il principio di funzionamento della cella voltaica è una reazione di ossidazione e riduzione simultanea, chiamata reazione redox. Questa reazione redox consiste di due mezze reazioni. In una tipica cella voltaica, la coppia redox è rame e zinco, rappresentata nelle seguenti reazioni a mezza cella:
Elettrodo di zinco (anodo): Zn (s) → Zn2 + (aq ) + 2 e –
Elettrodo di rame (catodo): Cu2+(aq) + 2 e– → Cu(s)
Le celle sono costruite in becher separati. Gli elettrodi metallici sono immersi in soluzioni elettrolitiche. Ogni mezza cellula è collegata da un ponte di sale, che consente il trasporto libero di specie ioniche tra le due cellule. Quando il circuito è completo, la corrente scorre e la cella “produce” energia elettrica.
Cella galvanica o voltaica: la cella è costituita da due mezze celle collegate tramite un ponte salino o una membrana permeabile. Gli elettrodi sono immersi in soluzioni elettrolitiche e collegati attraverso un carico elettrico.
Il rame ossida facilmente lo zinco; l’anodo è zinco e il catodo è rame. Gli anioni nelle soluzioni sono solfati dei rispettivi metalli. Quando un dispositivo elettricamente conduttore collega gli elettrodi, la reazione elettrochimica è:
Zn + Cu2 + → Zn2 + + Cu