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Pila Daniell

Pila Daniell: principio di funzionamento

Le celle galvaniche dette anche pile sono dispositivi capaci di sfruttare reazioni di ossido-riduzione spontanee per trasformare energia chimica di legame in energia elettrica.

Un tipico esempio di cella galvanica è la pila Daniell.

Come funziona una pila Daniell

Immergendo una barretta di zinco all'interno di una soluzione contenente ioni Cu2+, è possibile notare l'ossidazione dello zinco a Zn2+ e la contemporanea riduzione degli ioni Cu2+ a rame metallico.

pila daniell

Reazione spontanea tra Zn e ioni Cu2+

Il processo complessivo è il seguente:

Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu

E' possibile sfruttare tale reazione per ottenere energia elettrica separando la semireazione di ossidazione dello zinco:

Zn → Zn2+ + 2e-

dalla semireazione di riduzione del rame:

Cu2+ + 2e- → Cu

E' sufficiente immergere una barretta di zinco metallico all'interno di una soluzione di solfato di zinco (ZnSO4) che, dissociandosi completamente, fornisce gli ioni Zn2+ e immergere una barretta di rame metallico all'interno di una soluzione di solfato di rame (CuSO4) che, dissociandosi completamente fornisce gli ioni Cu2+.

pile

Finchè le due semicelle rimangono separate non avviene nessuna reazione.

Però, se colleghiamo con un filo conduttore le due lamine metalliche, lo zinco, che ha rispetto al rame una maggiore tendenza ad ossidarsi, perde elettroni che, passando attraverso il circuito elettrico esterno vengono attratti dagli ioni rameici Cu2+ che acquistandoli si riducono a rame metallico.

celle galvaniche

Per covenzione l'elettrodo al quale avviene il processo di ossidazione è detto anodo e costituisce il polo negativo della pila, mentre l'elettrodo al quale viene il processo di riduzione è detto catodo e risulta essere il polo positivo della pila.

All'anodo lo zinco metallico si ossida e passa in soluzione come ione Zn2+ e pertanto la soluzione di solfato di zinco si arricchisce di ioni Zn2+. Al catodo gli ioni Cu2+ si riducono a rame metallico e pertanto la soluzione di solfato rameico si impoverisce di ioni Cu2+. In queste condizioni l'anodo tende a caricarsi positivamente mentre il catodo tende a caricarsi negativamente.

Ciò provoca la perdita dell'elettroneutralità delle due soluzioni e il passaggio di corrente elettrica si esaurisce in brevissimo tempo in quanto gli elettroni dovrebbero abbandonare una semicella carica positivamente che li attrae per dirigersi verso una semicella carica negativamente che li respinge.

E' pertanto necessario collegare le due soluzioni attraverso un dispositivo chiamato ponte salino che garantisce l'elettroneutralità delle due soluzioni. Esso è costituito da un tubo ad U contenente una soluzione molto concentrata di un elettrolita forte come ad esempio Na2SO4 che, dissociandosi in ioni Na+ ed SO42- fornisce ioni Na+ alla soluzione catodica e ioni SO42- alla soluzione anodica.

pila daniell

Pila Daniell

La pila così costituita nota come pila Daniell, può essere schematizzata nel seguente modo:

(-) Zn(s) / Zn2+(aq) // Cu2+(aq) / Cu(s) (+)

La doppia barra // indica il ponte salino.

Esercizi sulle pile

Li trovi al seguente link: esercizi sulle pile.

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