La pila o cella elettrochimica è un dispositivo che consente di trasformare l’energia chimica in energia elettrica, sfruttando reazioni redox spontanee. In una pila sono presenti, immersi in una soluzione conduttrice, due poli elettrici di segno opposto: quello negativo o anodo è sempre quello in cui avviene la reazione di ossidazione; il polo positivo o catodo è invece quello in cui avviene la reazione di riduzione. I due elettrodi e le reazioni che su di essi si svolgono costituiscono due semipile. Il potenziale E0 di riduzione all’elettrodo di ogni semipila si misura in volt e viene determinato per confronto con l’elettrodo a idrogeno in condizioni standard (soluzione ionica 1 M a 250C), al quale si attribuisce, per convenzione, potenziale uguale a zero. Il segno attribuito ai potenziali per le semireazioni di riduzione è positivo se il metallo dell’elettrodo dimostra maggiore capacità di ridursi rispetto ad H+; è negativo in caso contrario. In ogni pila, si riduce e quindi funge da catodo l’elemento che ha potenziale di riduzione E0 più elevato. La differenza tra i potenziali di riduzione dei due elettrodi, rappresenta la forza elettromotrice della pila, che è una sua caratteristica e dipende dalla natura degli elettrodi e, in parte, dalla temperatura e dalla concentrazione delle soluzioni in cui gli elettrodi sono immersi. Collegando tra loro i due poli con un filo conduttore, la forza elettromotrice spinge gli elettroni presenti sul polo negativo a muoversi lungo il filo fino al polo positivo del generatore, generando un flusso di carica elettrica che costituisce la corrente elettrica continua, la quale può essere sfruttata facendole attraversare un utilizzatore. Nella parte esterna, il flusso di elettroni va sempre dal polo negativo al polo positivo e, poiché gli elettroni hanno carica negativa, tale flusso corrisponde a una corrente convenzionale che va dal polo + al polo -. Tramite la reazione redox, all’interno della pila, la carica elettrica è trasportata dagli ioni che si muovono nei due versi all’interno della soluzione, chiudendo così il circuito elettrico.
L’elettrolisi è il processo di separazione e scarica degli ioni di segno opposto che avviene in un elettrolita fuso o in soluzione acquosa, a opera della corrente elettrica continua che permette la realizzazione di reazioni di ossidoriduzione non spontanee. L’elettrolisi segue le due leggi di Faraday secondo le quali:
• La massa m di sostanza che si trasforma agli elettrodi è direttamente proporzionale alla carica elettrica q che attraversa la soluzione;
• Al passaggio di 1 mole di elettroni, pari alla carica elettrica di 96500 C, si scarica a entrambi gli elettrodi una quantità di sostanza pari alla sua massa equivalente: Meq = A/Z.
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