RELAZIONE STRUTTURA –PROPRIETA’ IMPORTANTE!!!!!!!

Cu ---> Cu2+ + 2 e-

2 ( Ag+ + e- ---> Ag )                                             

Cu + 2 Ag+ ---> Cu2+ + Ag

La prima pila

Nel 1799 Alessandro Volta riprese gli studi di Luigi Galvani sulla corrente elettrica, riuscendo a realizzare la prima pila (oggi detta voltaica), con i seguenti costituenti:

Un supporto di legno posto verticalmente su una base circolare

Dischetti di rame e zinco

Panno imbevuto di una soluzione acida formata da acqua e acido solforico

Due fili di rame

La pila consiste di dischetti di rame e zinco alternati, fra i quali sono interposti dischetti di panno acidulato, il tutto tenuto a posto dalla struttura di legno esterna. Una volta disposti i dischetti e il panno sul supporto, collegando il primo e l'ultimo dischetto della colonna con due fili di rame, si viene a creare tra essi un potenziale elettrico.

Il dispositivo così costituito permise a Volta di produrre una corrente elettrica, di cui osservò il flusso riuscendo a indurre la contrazione dei muscoli di una rana morta

PILA = DISPOSITIVO PER RECUPERARE E UTILIZZARE

G COME LAVORO

Fe2+-->Fe3+ + e- Ce4+ + e--->Ce3+

Fe2+ + Ce4+ -->Fe3+ + Ce3+

Una pila scarica è un sistema arrivato all’equilibrio

E= E° + (0,059/n)lg(1/Q)

E=0 = E° + (0,059/n)lg(1/K)

E° = (0,059/n)lgK

Nelle pile viste fino ad ora le reazioni

avvengono in soluzione acquosa in

presenza di elettroliti, quindi la loro

fem cala nel tempo. Alle pile è logico

chiedere una fem costante. Tutte le

pile descritte di seguito garantiscono

una fem costante o perché sono

continuamente rifornite di combustibile

o perché sono “a secco”.

Celle a combustibile continuamente ricaricate, produzione continua, cella Bacon

Pt,H2(g) --> 2H+(aq) + e-; E0 = 0.0000 V Pt,O2(g) + 4H+(aq) + 4e- --> 2H2O; E0 = +1.2288 V f.e.m. 1.2288 V O2(g) + 2H2(g) --> 2H2O. Alti Costi di partenza, avvelenamento del platino

Celle al mercurio (Ruben cell) del 1947.

Zn(s) + HgO(s) --> ZnO(s) + Hg(l)

(-) Zn(s)/KOH,ZnO(s),H2O/HgO(s),Hg(l) (+)

dispendiose ma a potenziale costante

La prima pila a secco, cioè priva di elementi liquidi, prodotta industrialmente e commercializzata su ampia scala è la pila Leclanché, dal nome di Georges Leclanché. La paternità della prima pila a secco è contesa tra Leclanché e Giuseppe Zamboni.

La pila Leclanché è costituita da un anodo di zinco metallico, che funge anche da contenitore, e da un catodo costituito da una barretta di grafite, sulla cui superficie avviene la riduzione del biossido di manganese, miscelato a del cloruro d'ammonio a formare una pasta gelatinosa.

La stechiometria della reazione di riduzione non è esattamente nota, tuttavia si può dire che le reazioni che in una pila Leclanché sono le seguenti

ossidazione Zn → Zn2+ + 2 e- Eo = - 0,76 V

riduzione 2 MnO2 + 2 NH4+ + 2 e- → 2 MnO(OH) + 2 NH3

Eo = + 0,75 V

reazione complessiva

Zn + 2 MnO2 + 2 NH4+ → Zn2+ + 2 MnO(OH) + 2 NH3

Eo = + 1,51 V

Il cloruro d'ammonio, oltre a fornire gli ioni H+ per la reazione di riduzione, ha anche il compito di complessare gli ioni zinco prodotti dalla reazione di ossidazione

Zn2+ + 2 NH4+ + 2 OH- → [Zn(NH3)2]2+ + 2 H2O

mantenendo quindi bassa la concentrazione degli ioni Zn2+ liberi, e quindi mantenendo elevato il potenziale della reazione di ossidazione, legato alle concentrazioni delle specie ossidata e ridotta secondo l'equazione di Nernst.

L'ammoniaca che si libera al catodo tende a formare un velo gassoso sulla sua superficie, che impedisce il flusso degli elettroni. Quando questo avviene, la pila smette di erogare corrente e diviene scarica.

La stechiometria della reazione di riduzione non è esattamente nota, tuttavia si può dire che le reazioni che in una pila Leclanché sono le seguenti

Batterie ad argento

Le batterie ad argento sono molto simili a quelle a mercurio. Utilizzano un anodo di zinco e un catodo di argento e l’elettrolita è sempre una pasta alcalina di idrossido di potassio (KOH). La differenza di potenziale ai poli è di 1,6 V.

Reazione chimica all'anodo (ossidazione)

Zn + 2OH- -> ZnO + H2O + 2e-

Reazione chimica al catodo (riduzione)

Ag2O + H2O + 2e- -> 2Ag + 2OH-

Reazione completa

Zn + Ag2O -> ZnO + 2Ag

Usi: Macchine fotografiche, pacemaker cardiaci, alcuni apparecchi elettronici di precisione

Vantaggi: Dimensioni ridotte, voltaggio relativamente alto e molto stabile

Svantaggi: Costo molto elevato

Pila Weston

La pila Weston, che deve il suo nome al chimico inglese Edward Weston che la creò nel 1893, è una nota pila a umido di riferimento utilizzata in laboratorio per la calibrazioni di strumenti di misura quali i voltmetri e i potenziometri. L'anodo è costituito da un amalgama Cd/Hg al 12,5% in Cd, mentre il catodo è formato da una pasta di solfato mercuroso (Hg2SO4) depositata su mercurio metallico. L'elettrolita è comune alle due celle ed è rappresentato, nella versione originaria ideata da Weston, da una soluzione satura di solfato di cadmio (CdSO4); nelle moderne versioni si utilizza invece una soluzione insatura, onde avere una minore variabilità del potenziale erogato in funzione della temperatura. La forza elettromotrice della pila originaria vale 1,0183 V a 20°C.

Reazione chimica all'anodo (ossidazione)

Cdamalg. -> Cd2+ + 2 e-

Reazione chimica al catodo (riduzione)

Hg2SO4 + 2 e- → 2 Hg + SO42-

Usi: calibrazione di strumenti di misura quali voltmetri e potenziometri

Vantaggi: forza elettromotrice costante nel tempo e che presenta piccolissima variazione in funzione della temperatura (elevata riproducibilità)

Svantaggi: utilizzo di mercurio tossico, necessaria calibrazione periodica della pila insatura con una cella che utilizza la versione satura