Appunti di chimica: le pile

Tramite: O2O 16/08/2017
Difficoltà: media
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Introduzione

La chimica è una materia complessa e allo stesso tempo interessante. Solo chi decide di intraprendere questa strada ne approfondisce le dinamiche, sviluppando poi studi specifici. Non possono mancare delle buone basi, che permettono di affrontare in un secondo momento argomenti più interessanti con estrema facilità.
In questa guida approfondiremo l'argomento riguardante le pila, detta anche cella voltaica, definita come un sistema costituito da due sentinelle o poli; ogni polo è costituito da un elettrodo metallico in contatto con la soluzione dei suoi ioni. I due elettrodi sono collegati attraverso un filo conduttore esterno, le soluzioni, invece, sono collegati da un ponte salino.
Vediamo insieme le principali caratteristiche delle pile in questi appunti, spiegando dettagliatamente di cosa si tratta.

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Reazione di ossido riduzione

L'energia elettrica è prodotta dall'energia liberata dalla reazione di ossido riduzione. Questo è ciò che accade in una pila. I poli, positivo e negativo, sono detti rispettivamente catodo e anodo: nel primo avviene il processo di riduzione della coppia ossidante mentre nel secondo avviene il processo di ossidazione della coppia riducente.
Avendo posizionato a sinistra la coppia riducente e a destra quella ossidante, il passaggio di elettroni attraverso il conduttore esterno si verifica da sinistra verso destra. Proprio perché in genere gli elettroni tendono a muoversi da punti a potenziale minore verso punti a potenziale maggiore. La semicella di sinistra funge da polo negativo e quella di destra da polo positivo.

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Sviluppo di energia

Quando gli ioni ceduti dalla coppia riducente interagiscono arrivando agli ioni della coppia ossidante attraverso il conduttore esterno, si ottiene lo sviluppo di energia: la prima coppia, cedendo elettroni, si trasforma nella sua forma ossidata, la seconda, acquistando elettroni, si trasforma nella sua forma ridotta. Si vengono così a formare due coppie coniugate di ossidoriduzione. Ogni coppia coniugata presenta un proprio potenziale elettrico il cui valore dipende dalle concentrazioni molari delle specie in soluzione o dalle pressioni parziale se le specie sono gassose, nonché dalla temperatura. I valori dei potenziali possono essere o in condizioni standard, cioè a concentrazioni e/o pressioni unitarie (misurate rispetto all'elettrodo standard ad idrogeno) oppure si calcolano mediante l'equazione di Nernst.

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Esempio di pila

La pila di Daniell è un tipico esempio di pila, costituita da due elettrodi di rame e zinco immersi in due soluzioni dei loro sali e collegate da un ponte salino.
Capire come funzionano le pile è piuttosto importante per poter approfondire altri argomenti di studio che hanno alla base il loro funzionamento.

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