Come calcolare la F.e.m. di una pila

Tramite: O2O 31/07/2018
Difficoltà: difficile
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Introduzione

L'elettrochimica, cosi come elettrotecnica e elettromagnetismo, è una delle scienze che si sviluppano nel filone dello studio della conduzione elettrica e che si occupa quindi di capire il movimento degli elettroni su un circuito elettrico esterno. In un certo senso vuole quindi trovarne il percorso e la posizione, il modo di muoversi e le eventuali velocità relative dei singoli elettroni. Le problematiche che si riscontrano in questa materia sono molteplici, come detto sopra, ma vi è una particolarmente interessante, soprattutto per la possibilità e la necessità di risolvere problemi quotidiani, il calcolo della F. E. M.. Esso rappresenta un acronimo ed indica la Forza Elettro-Motrice. L'indice della F. E. M., dove per indice si intende ovviamente il valore della stessa sia pura che in relazione ad altre tipologie di unità di misura, è utile per calcolare l'energia di svariati elementi elettronici. Noi tuttavia ci concentreremo su di uno in particolare, che ritroviamo nella nostra quotidianità in modo assiduo: la pila. Tuttavia a cosa ci serve in questo caso particolare? Trovando la F. E. M. Di una data pila riusciremo a calcolare con esattezza la quantità di energia sprigionata dalla pila stessa. È bene precisare che per energia si intende lo spostamento di cariche di una pila formata da un'unione di due semi-celle con una polarità diversa, hanno cioè un polo positivo e uno negativo. Questi ultimi inoltre sono connessi tra loro attraverso un ponte salino, oppure materiali conduttori ed in generale forniscono il tramite su cui l'energia "viaggia". In questa guida illustreremo con semplici esempi come calcolare la F.E.M di una pila in varia condizioni.
Dopo questa breve ma doverosa introduzione possiamo passare a vedere come si calcola la F. E. M. Di una pila con tre semplici esercizi.

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Occorrente

  • Tavola Periodica degli elementi
  • Carta
  • Penna
  • Calcolatrice Scientifica
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Energia di un elettrodo

Il primo esercizio per calcolare la F. E. M. Di una pila è il seguente:
Ag in una soluzione 0.1M di AgNO3, e Pb in una soluzione 0.01M di Pb (NO3)2. (E°Ag /Ag= 0.800V, E°Pb2 /Pb=-0.126V).
Prima di tutto calcoliamo l'energia sprigionata dall'elettrodo di argento: E= 0.8V 0.059*log (0.1/1)= 0.8V (-0.178)= 0.78V.
Calcoliamo ora l'energia sprigionata dall'elettrodo di piombo: E= -0.126V (0.059/2)*log (0.01/1)= -0.126V- 0.059= -0.185V. Qui il catodo è l'elettrodo di argento. Quindi: F. E. M.= 0.78V- (-0.185V)= 0.965V.

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F.E.M. di due semielementi

Un'altro esempio per calcolare la F. E. M. Di una pila potrebbe essere quello descritto nel prossimo esercizio.
Questa volta calcoleremo la F. E. M. Di una pila composta dai due semielementi: Ag in una soluzione 0.500M di AgNO3, e Cu in una soluzione 0.1M di CuSO4 (E°Ag /Ag= 0.800V, E°Cu2 /Cu= 0.340V). Per prima cosa, calcoliamo l'energia sprigionata dall'elettrodo di Argento in questo modo: E= 0.8V 0.059*log (0.1/1)=0.8V (-0.178)= 0.78V.
Ora calcoliamo l'energia sprigionata dall'elettrodo di rame: E= 0.34 (0.059/2)*log (0.1/1)=0.34V (-0.03)= 0.31V. Il catodo è rappresentato dall'elettrodo ad energia potenziale più alta; in questo caso è l'argento. Quindi: F. E. M.= 0.78V- 0.31V= 0.47V.

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F.E.M ed energia di due semielementi

Per finire vediamo anche attraverso il terzo esercizio come calcolare la F. E. M. Di una pila. In questo caso dobbiamo calcolare la F. E. M. Di una pila composta dai due semielementi: Sn in una soluzione 0.5M di SnCl2, e Zn in una soluzione 0.1M di ZnSO4. (E°Zn2 /Zn=-0.763V, E°Sn2 /Sn=-0.136V).
Calcoliamo l'energia sprigionata dall'elettrodo di selenio: E= -0.763V (0.059/2)*log (0.5/1)= -0.763V (-0.0088)= -0.771V. Ora calcoliamo l'energia sprigionata dall'elettrodo di piombo: E= -0.136V (0.059/2)*log (0.1/1)= -0.136V- 0.0295= -0.1655V.
Qui il catodo è l'elettrodo di piombo. Quindi: F. E. M.= -0.1655V- (-0.771V)= 0.6055.

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Consigli

Non dimenticare mai:
  • Nel logaritmo, l'elemento che si ossida va posto come nominatore, quello che si riduce come denominatore.
  • La "n" è il rapporto tra gli elettroni dell'elemento che si ossida e lo stesso elemento che si riduce nella stessa semicella (ad es. in Pb 2 /Pb, la "n" è 2/1, ossia 2)
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