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Pile a bottone

Principio di funzionamento delle pile a bottone

Vuoi sapere che cosa sono e come funzionano le pile a bottone?

Vuoi conoscere il valore della f.e.m. (forza elettromotrice) di una pila a bottone?

Se si continua con la lettura dell'articolo. In questa lezione vedremo infatti che cosa sono le pile a bottone, come funzionano, come devono essere smaltite e quali vantaggi e svantaggi hanno rispetto alle classiche pile Léclanché.

La pila a bottone, nota anche come pila Mallory all'ossido di mercurio, fa parte delle pile alcaline ed è così chiamata per il piccolo volume da essa occupato.

Si tratta di una pila miniaturizzata utilizzata in apparecchi elettronici di piccole dimensioni come orologi, calcolatrici, apparecchi acustici, giochi, ecc.

Come è fatta una pila a bottone?

L'anodo (polo -) di una pila a bottone è costituito da zinco, mentre il catodo (polo +) è costituito dall'involucro di acciaio a contatto con ossido di mercurio HgO.

pila a bottone

Parti fondamentali di una pila a bottone.

Più in dettaglio, lo scompartimento anodico di una pila a bottone, è formato da un piccolo disco di zinco metallico (contenuto in un involucro protettivo di acciaio grande quanto un bottone) che costituisce il polo negativo (-) della pila.

Il disco di zinco è separato dallo scompartimento catodico per mezzo di un sottile foglio di cartone poroso, e questo scompartimento è formato da una pasta di Hg, HgO, grafite e KOH al 40%, nella quale è affondato un piccolo terminale di acciaio che, unitamente dall'involucro, costituisce il polo positivo (+) della pila.

Le semireazioni redox che si hanno ai due elettrodi sono:

all'anodo (-) : Zn + 2 OH- → ZnO + H2O + 2e-

al catodo (+) : HgO + H2O + 2e- → Hg + 2 OH-

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Sommando le due semireazioni otteniamo la reazione globale, che è la seguente:

Zn + HgO → ZnO + Hg

Da cui risulta che l'elettrolita KOH non viene consumato e pertanto è possibile ridurre al minimo le dimensioni della cella.

f.e.m. di una pila a bottone

La fem di una pila (nota anche come differenza di potenziale elettrico) può essere determinata applicando la seguente formula:

fem

in cui:

  • catodo è il potenziale standard di riduzione della reazione che avviene al catodo;
  • anodo è il potenziale standard di riduzione della reazione che avviene all'anodo.

Nel caso di una pila a bottone le due semireazioni coinvolte scritte come reazioni di riduzione, sono le seguenti:

al catodo (+): HgO + H2O + 2e- → Hg + 2 OH-

il cui potenziale standard di riduzione vale + 0,10 V.

all'anodo (-): ZnO + H2O + 2e- → Zn + 2 OH-

il cui potenziale standard di riduzione vale - 1,22 V.

Quindi:

catodo = + 0,10 V

anodo = - 1,22 V

La fem, data dalla differenza tra E°catodo ed E°anodo vale pertanto:

fem = E°catodo - E°anodo = 0,10 - (- 1,22) = 0,10 + 1,22 = 1,32 V

Pertanto la fem di una pila a bottone calcolata nelle condizioni standard è pari a circa 1,3 V.

Vantaggi e svantaggi delle pile a bottone

Le pile a bottone hanno il vantaggio di fornire un voltaggio costante (che implica uniformità della corrente erogata) fino al loro totale esaurimento ma hanno anche lo svantaggio di essere care.

Rispetto alla pila Léclanché la pila a bottone presenta importanti vantaggi:

  • grande capacità, cioè maggiore quantità di elettricità fornita a parità di massa attiva degli elettrodi;
  • lunga durata del contenitore di acciaio;
  • erogazione di corrente a tensione quasi costante durante tutto il tempo di scarica;
  • fenomeni di polarizzazione trascurabili.

pile a bottone

Pile a bottone: in questi tipi di pile il polo positivo (+) è costituito dalla parte inferiore e dalla superficie laterale dell'involucro, mentre il polo negativo (-) è costituito dalla parte superiore.

Oltre all'elevato costo, l'unico vero e grosso inconveniente delle pile a bottone è che essendo costituite da Hg sono altamente inquinanti per l'ambiente.

La quantità di mercurio che le pile a bottone contengono è sicuramente minima, ma se non vengono correttamente smaltite, o peggio ancora, se sono gettate nell'ambiente, il rischio di inquinamento, in particolare delle acque, è molto elevato.

Lo smaltimento, così come avviene per le altre pile, deve avvenire pertanto negli appositi contenitori.

Esercizi sulle pile

Li trovi al seguente link: esercizi sulle pile.

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