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Pila a secco

Pila a secco: principio di funzionamento

Le pile a secco sono pile nelle quali le soluzioni ioniche sono "solidificate" opportunamente ricorrendo a materiali adsorbenti che ne rendono più agevole l'impiego.

Esse sono tutte irreversibili ovvero una volta che si sono scaricate non possono essere più rigenerate.

Pila Leclanchè

Un esempio classico di pila a secco è la pila Leclanché, ben nota batteria che si trova in commercio.

Essa è formata da due piccoli cilindri concentrici: quello più esterno è costitutito dall'involucro di zinco, quello più interno è di materiale poroso (es. cartone).

I due cilindri sono separati da una soluzione di NH4+Cl- su gelatina.

L'insieme cilindro di zinco + NH4Cl su gelatina costituisce l'anodo della pila (polo -). Lo scompartimento catodico è invece costituito dal cilindro di cartone riempito con MnO2 mescolato a grafite in polvere.

In questo scompartimento è affondata una bacchetta di grafite che ha il solo compito di condurre elettroni.

pila a secco

Spaccato di pila Leclanché

La pila Leclanché può essere così schematizzata:

(-) Zn / NH4Cl // MnO2 / C (+)

Reazione all'anodo

Le semireazioni redox che si hanno ai due elettrodi sono:

all'anodo : Zn → Zn2+ + 2e-

Gli ioni Zn2+ che si fromano all'anodo vengono complessati da NH4Cl secondo la reazione:

Zn2+ + 2 NH4Cl → Zn(NH3)2Cl2 + 2 H+

Sommando le ultime due reazioni otteniamo la reazione anodica totale:

anodo (-): Zn + 2 NH4Cl → Zn(NH3)2Cl2 + 2 H+ + 2e-

Reazione al catodo

Gli elettroni che così si formano sulla superficie dello zinco metallico (-), giungono attraverso il circuito esterno sul bastoncino di grafite (+), mentre all'interno della cella gli ioni H+ che si sono formati migrano verso la bacchetta di grafite sulla quale si riducono secondo la reazione:

2 H+ + 2 e- → H2(g)

A causa di questa reazione, la pila tende a fornire una corrente la cui intensità è sempre più debole, in quanto le molecole di idrogeno formano un velo isolante di gas che avvolgendo il bastoncino di grafite, impedisce l'ulteriore scarica degli ioni H+.

Per ovviare a questo inconveniente il bastoncino di grafite viene ricoperto con una pasta di biossido di manganese (MnO2) che impedisce la scarica iniziale degli ioni H+ dato che questi vengono ridotti al catodo secondo la reazione:

catodo (+): 2 MnO2 + 2 H+ + 2e- → 2 MnO(OH)

Reazione globale

Sommando infine la reazione anodica con quella catodica si ottiene la reazione globale della pila Leclanché:

Zn + 2 MnO2 + 2 NH4+Cl- → Zn(NH3)2Cl2 + 2 MnO(OH)

La f.e.m. complessiva della pila è di 1,5 V, ma, come si è detto, durante il funzionamento questa tende a ridursi e questo costituisce un grosso inconveniente della pila.

Esercizi sulle pile

Li trovi al seguente link: esercizi sulle pile.

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