Binetti Vincenzo
Merlanti Fabio
1.PILE
1.1 PILE: L’energia chimica si trasforma in energia elettrica
ELETTRODI
ELETTRODI
SEMICELLE
SEMICELLE
1.2. Cosa avviene nella pila?
Cu ---> Cu2+ + 2 e(OSSIDAZIONE)
Ag+ + e- ---> Ag
(RIDUZIONE)
2 Ag+ + Cu ---> Cu2+ + 2 Ag
ANODO (Polo NEGATIVO) ---> Ossidazione
Perde elettroni
Red 1 ---> Ox 1 + n e-
CATODO (Polo POSITIVO) ---> Riduzione
Acquista elettroni
Ox 2 + n e- ---> Red 2
Cu / Cu2+ || Ag + / Ag
(Catodo a destra)
Rimangono
in soluzione
-
+
RAME
ARGENTO
Anodo
Catodo
NO3Ag+
Cu2+
NO3-
1.3. Qual è la funzione del ponte salino?
IL RIEQUILIBRIO DELLE CARICHE
- E’ costituito da un tubo di vetro a U rovesciato, riempito di una soluzione di
elettroliti ( NaNO3 o KCL);
- Gli ioni del ponte salino migrano in modo da neutralizzare le cariche che si
vanno a formare nelle 2 celle;
- Nel caso precedente gli anioni NO3- si sposteranno verso l’anodo per bilanciare
la carica positiva che qui si produce, mentre gli ioni Na+ (del ponte) si
sposteranno verso il catodo per bilanciare l’eccesso di ioni negativi che si vanno
accumulando.
1.4.POTENZIALE DI RIDUZIONE
E’ la potenza in volt che una coppia ossido-riduttiva riesce a fornire.
Una coppia Red-Ox ha un potenziale di riduzione alto quando
prevale la tendenza della specie ossidata ad acquistare elettroni,
mentre è basso quello di una coppia in cui prevale la tendenza
della specie ridotta a cederli.
Non essendo possibile misurarlo in modo diretto per una coppia
presa singolarmente, si supera il problema collegando due coppie
in modo da ottenere una pila e misurando la differenza di
potenziale (ddf).
1.5.DIFFERENZA DI POTENZIALE
La differenza di potenziale di una pila, in condizioni di
corrente zero ( circuito aperto), prende il nome di forza
elettromotrice (fem o E) e viene misurata in volt.
Per calcolare la ddf di un elettrodo vi è bisogno di un altro
elettrodo di riferimento che abbia un valore definito e
costante ---> L’ELETTRODO A IDROGENO
1.6.ELETTRODO A IDROGENO
E’ costituito da un filo di
platino ricoperto di platino
in polvere (platino
platinato), immerso in una
soluzione di H+ 1 M e sul
quale gorgoglia H2 gassoso
alla pressione di 1 atm.
Il valore convenzionale
dell’elettrodo a idrogeno è
0,000 V.
1.7.Potenziali di Riduzione standard
In una pila la coppia a potenziale più alto sottrae
elettroni alla coppia a potenziale più basso e funziona
da catodo.
E = Ecatodo - Eanodo
1.8. L’evoluzione delle pile
La prima pila fu creata nel 1796 da A. Volta; si trattava
di una serie di dischi di rame e zinco impilati uno
sull’altro e separati da cartone imbevuto di una
soluzione di NaCl;
ANODO (si ossida) :
Zn ---> Zn2 + 2 e-
CATODO (si riduce):
(Rame solo conduttore )
2 H+ + 2 e- ---> H2
Nel 1836 fu inventata la pila Daniell
dall’omonimo chimico;
si trattava di una pila costituita da un
elettrodo di rame immerso nella
soluzione del suo catione (ione
positivo), in collegamento con un
elettrodo di zinco, anch’esso immerso
in una soluzione del proprio catione.
ANODO:
Zn ---> Zn2+ + 2 eCATODO:
Cu2+ + 2 e- ---> Cu
PILA DANIELL
La pila a secco venne realizzata nel 1866 da G.
Leclanchè. L’anodo è costituito da un
contenitore di Zinco a contatto con MnO2,
NH4Cl (cloruro di ammonio) e grafite, mentre il
catodo è costituito da una barretta di grafite;
Fornisce una ddp iniziale di circa 1,5 V, ma poi il
voltaggio si abbassa per l’accumularsi di
ammoniaca intorno alla grafite.
Nelle pile alcaline ( che si ottengono usando
KOH (idrossido di potassio) al posto di NH4Cl)
il voltaggio si mantiene costante.
Sono proprio di tipo alcalino le pile a
bottone (Pile Mallory); in esse l’anodo è
costituito da polvere di Zn e KOH; il catodo
(in acciaio) è costituito da HgO e grafite.
Le pile reversibili chiamate accumulatori sono quelle che possono
essere ricaricate attraverso il passaggio di corrente continua;
collegando i poli in senso opposto a quello della corrente prodotta
dalla reazione spontanea, quindi il polo positivo con quello
positivo e quello negativo analogamente.
In un accumulatore al piombo l’anodo è
costituito da piombo spugnoso e il catodo da
polvere di PbO2 compressa in una griglia di
piombo; il tutto immerso in una soluzione di
acido solforico
REAZIONE DI SCARICA:
Pb + PbO2 + 2 So42- + 4H+ ---> 2PbSO4 + 2 H2O
REAZIONE DI RICARICA :
2PbSO4 + 2 H2O ---> Pb + PbO2 + 2 So42- + 4H+
Nel 1980 è stata inventata la
pila NiMH, un accumulatore
costituito da nichel e idruri
metallici, per M si intende un
composto intermetallico del
tipo LaNi5.
Ancora più recente è la
costruzioni di nuovi
accumulatori, per dispostivi
più leggeri, nei quali il catodo
è costituito da un ossido di
litio e manganese , ed è
accoppiato ad un anodo di
grafite e litio a composizione
variabile. Queste hanno
voltaggio intorno a 3-4 V in
base al tipo di ossido usato.
2.ELETTROLISI
L’Elettrolisi fu scoperta nel 1800:
- Nicholson – Carlisle
- H. Davy
- M.Faraday ---> Teoria completa
H.Davy
M.Faraday
- Invertite le polarità ---> ANODO (POSITIVO), CATODO (NEGATIVO)
- Cationi verso polo negativo (Catodo) ---> Si riducono (acqistano elettroni)
- Anioni verso polo positivo (Anodo) ---> Si ossidano (perdono elettroni)
PILA
ELETTROLISI
CATODO
ANODO
CATODO
ANODO
REAZIONE
Riduzione
Ossidazione
Riduzione
Ossidazione
SEGNO
Positivo
Negativo
Negativo
Positivo
Riceve elettroni dal
circuito esterno
SI
NO
SI
NO
Manda elettroni al
circuito esterno
NO
SI
NO
SI
Elettroliti
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


1)
1)
1)Elettrolita Fuso (NaCl)
2)Soluzione Acquosa di NaCl
3)Soluzione Acquosa di Solfato di Sodio
2.1 NaCl (fuso)
All’anodo:
2 Cl- ---> Cl2 + 2 eAl catodo:
2Na+ + 2 e- ---> 2 Na
Reazione completa
2NaCl ---> 2Na + Cl2
Soluzioni acquose
All’interno di soluzioni acquose sono presenti più specie
chimiche, l’acqua e un sale in soluzione, per stabilire
quale specie si ossida o si riduce bisogna tener
presente che: se più specie possono ridursi, si riduce
quella con potenziale di riduzione più alto. Se più
specie possono ossidarsi si ossida quella con potenziale
di riduzione più basso
2.2.Soluzione acquosa di NaCl
Consideriamo 2 elettrodi di grafite all’interno di una soluzione di NaCl in acqua:
Al catodo: possono ridursi sia l’acqua che il sodio, ma l’acqua ha potenziale di
riduzione(-0.83 V) più alto di quello del sodio (- 2 ,73 V) quindi si riduce l’H2O
2 H2O + 2 e- ---> H2 + 2 OHAll’anodo: dovrebbe ossidarsi l’acqua visto il potenziale di riduzione più basso
del cloruro ma dato che produrrebbe ossigeno e che questo fa difficoltà a
formarsi su un elettrodo di grafite viene favorito lo sviluppo di cloro
2 Cl- ---> Cl2 + 2 e-
2.3.Soluzione acquosa di solfato di sodio
Al catodo come nel caso precedente si riduce l’acqua
2 H20 + 2 e- ---> H2 + 2 OHAll’anodo le specie ossidabili sono l’anione solfato e l’acqua, nonostante
l’acqua faccia difficoltà come prima a formare ossigeno su grafite ha un
potenziale di riduzione nettamente inferiore (2.01 V del SO42- contro i
1.23 V dell’ H2O) dunque si ossida l’acqua
2 H20 ---> O2 + 4 H+ + 4 eLa reazione complessiva è:
2 H2O ---> 2 H2 + O2
Leggi di Faraday
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

1.La massa delle sostanze prodotte a ciascuno degli
elettrodi è direttamente proporzionale alla quantità
di elettricità che passa nella cella elettrolitica
2.
2.Le masse di sostanze diverse che si scaricano agli
elettrodi al passaggio di una stessa quantità di
elettricità stanno tra di loro in un rapporto uguale a
quello tra le rispettive masse equivalenti
Massa equivalente(ME)
ME 
MM
n
MM= massa molare n= numero di elettroni scambiati
La massa di una sostanza, pari alla massa equivalente, in grammi se si ossida o si
riduce impegna una mole di elettroni
Quindi: 1,602 ∙ 10-19 C ∙ e-1 ∙ 6.022 ∙ 1023 e = 96485 C (Farady(F))
Tenendo conto che
Carica(coulomb) = Corrente(ampere) ∙ Tempo(secondi)
m
i  t  ME
96.485
m= massa in grammi di sostanza i= intensità di corrente in ampere t= tempo in secondi