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Binetti Vincenzo Merlanti Fabio 1.PILE 1.1 PILE: Lenergia chimica si trasforma in energia elettrica SEMICELLE ELETTRODI.

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2 Binetti Vincenzo Merlanti Fabio

3 1.PILE

4 1.1 PILE: Lenergia chimica si trasforma in energia elettrica SEMICELLE ELETTRODI

5 1.2. Cosa avviene nella pila? Cu ---> Cu e - (OSSIDAZIONE) Ag + + e - ---> Ag (RIDUZIONE) 2 Ag + + Cu ---> Cu Ag

6 ANODO (Polo NEGATIVO) ---> Ossidazione Perde elettroni Red 1 ---> Ox 1 + n e - CATODO (Polo POSITIVO) ---> Riduzione Acquista elettroni Ox 2 + n e - ---> Red 2 Cu / Cu 2+ || Ag + / Ag (Catodo a destra)

7 RAME ARGENTO - + Anodo Catodo Ossidazione Perde elettroni Riduzione Riduzione Acquista elettroni Perde elettroni Trattiene elettroni del Cu +2 (NO 3 ) 2 Cede elettroni allo ione della soluzione Ag(NO 3) Cu 2+ NO 3 - Ag + Grazie al ponte salinico va allanione Rimangono in soluzione

8 1.3. Qual è la funzione del ponte salino? IL RIEQUILIBRIO DELLE CARICHE - E costituito da un tubo di vetro a U rovesciato, riempito di una soluzione di elettroliti ( NaNO 3 o KCL); - Gli ioni del ponte salino migrano in modo da neutralizzare le cariche che si vanno a formare nelle 2 celle; - Nel caso precedente gli anioni NO3 - si sposteranno verso lanodo per bilanciare la carica positiva che qui si produce, mentre gli ioni Na + (del ponte) si sposteranno verso il catodo per bilanciare leccesso di ioni negativi che si vanno accumulando.

9 1.4.POTENZIALE DI RIDUZIONE E la potenza in volt che una coppia ossido-riduttiva riesce a fornire. Una coppia Red-Ox ha un potenziale di riduzione alto quando prevale la tendenza della specie ossidata ad acquistare elettroni, mentre è basso quello di una coppia in cui prevale la tendenza della specie ridotta a cederli. Non essendo possibile misurarlo in modo diretto per una coppia presa singolarmente, si supera il problema collegando due coppie in modo da ottenere una pila e misurando la differenza di potenziale (ddf).

10 1.5.DIFFERENZA DI POTENZIALE La differenza di potenziale di una pila, in condizioni di corrente zero ( circuito aperto), prende il nome di forza elettromotrice (fem o E) e viene misurata in volt. Per calcolare la ddf di un elettrodo vi è bisogno di un altro elettrodo di riferimento che abbia un valore definito e costante ---> LELETTRODO A IDROGENO

11 1.6.ELETTRODO A IDROGENO E costituito da un filo di platino ricoperto di platino in polvere (platino platinato), immerso in una soluzione di H + 1 M e sul quale gorgoglia H 2 gassoso alla pressione di 1 atm. Il valore convenzionale dellelettrodo a idrogeno è 0,000 V.

12 1.7.Potenziali di Riduzione standard In una pila la coppia a potenziale più alto sottrae elettroni alla coppia a potenziale più basso e funziona da catodo. E = E catodo - E anodo

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14 1.8. Levoluzione delle pile La prima pila fu creata nel 1796 da A. Volta; si trattava di una serie di dischi di rame e zinco impilati uno sullaltro e separati da cartone imbevuto di una soluzione di NaCl; ANODO (si ossida) : Zn ---> Zn e - CATODO (si riduce): 2 H e - ---> H 2 (Rame solo conduttore )

15 Nel 1836 fu inventata la pila Daniell dallomonimo chimico; si trattava di una pila costituita da un elettrodo di rame immerso nella soluzione del suo catione (ione positivo), in collegamento con un elettrodo di zinco, anchesso immerso in una soluzione del proprio catione. ANODO: Zn ---> Zn e - CATODO: Cu e - ---> Cu

16 PILA DANIELL

17 La pila a secco venne realizzata nel 1866 da G. Leclanchè. Lanodo è costituito da un contenitore di Zinco a contatto con MnO 2, NH 4 Cl (cloruro di ammonio) e grafite, mentre il catodo è costituito da una barretta di grafite; Fornisce una ddp iniziale di circa 1,5 V, ma poi il voltaggio si abbassa per laccumularsi di ammoniaca intorno alla grafite. Nelle pile alcaline ( che si ottengono usando KOH (idrossido di potassio) al posto di NH 4 Cl) il voltaggio si mantiene costante. Sono proprio di tipo alcalino le pile a bottone (Pile Mallory); in esse lanodo è costituito da polvere di Zn e KOH; il catodo (in acciaio) è costituito da HgO e grafite.

18 Le pile reversibili chiamate accumulatori sono quelle che possono essere ricaricate attraverso il passaggio di corrente continua; collegando i poli in senso opposto a quello della corrente prodotta dalla reazione spontanea, quindi il polo positivo con quello positivo e quello negativo analogamente. In un accumulatore al piombo lanodo è costituito da piombo spugnoso e il catodo da polvere di PbO 2 compressa in una griglia di piombo; il tutto immerso in una soluzione di acido solforico REAZIONE DI SCARICA: Pb + PbO So H + ---> 2PbSO H 2 O REAZIONE DI RICARICA : 2PbSO H 2 O ---> Pb + PbO So H +

19 Nel 1980 è stata inventata la pila NiMH, un accumulatore costituito da nichel e idruri metallici, per M si intende un composto intermetallico del tipo LaNi 5. Ancora più recente è la costruzioni di nuovi accumulatori, per dispostivi più leggeri, nei quali il catodo è costituito da un ossido di litio e manganese, ed è accoppiato ad un anodo di grafite e litio a composizione variabile. Queste hanno voltaggio intorno a 3-4 V in base al tipo di ossido usato.

20 2.ELETTROLISI

21 LElettrolisi fu scoperta nel 1800: - Nicholson – Carlisle - H. Davy - M.Faraday ---> Teoria completa M.Faraday H.Davy

22 - Invertite le polarità ---> ANODO (POSITIVO), CATODO (NEGATIVO) - Cationi verso polo negativo (Catodo) ---> Si riducono (acqistano elettroni) - Anioni verso polo positivo (Anodo) ---> Si ossidano (perdono elettroni) PILAELETTROLISI CATODOANODOCATODOANODO REAZIONERiduzioneOssidazioneRiduzioneOssidazione SEGNOPositivoNegativo Positivo Riceve elettroni dal circuito esterno SINOSINO Manda elettroni al circuito esterno NOSINOSI

23 Elettroliti 1) 1) Elettrolita Fuso (NaCl) 2) Soluzione Acquosa di NaCl 3) Soluzione Acquosa di Solfato di Sodio

24 2.1 NaCl (fuso) Allanodo: 2 Cl - ---> Cl e - Al catodo: 2Na e - ---> 2 Na Reazione completa 2NaCl ---> 2Na + Cl 2

25 Soluzioni acquose Allinterno di soluzioni acquose sono presenti più specie chimiche, lacqua e un sale in soluzione, per stabilire quale specie si ossida o si riduce bisogna tener presente che: se più specie possono ridursi, si riduce quella con potenziale di riduzione più alto. Se più specie possono ossidarsi si ossida quella con potenziale di riduzione più basso

26 2.2.Soluzione acquosa di NaCl Consideriamo 2 elettrodi di grafite allinterno di una soluzione di NaCl in acqua: Al catodo: possono ridursi sia lacqua che il sodio, ma lacqua ha potenziale di riduzione(-0.83 V) più alto di quello del sodio (- 2,73 V) quindi si riduce lH 2 O 2 H 2 O + 2 e - ---> H OH - Allanodo: dovrebbe ossidarsi lacqua visto il potenziale di riduzione più basso del cloruro ma dato che produrrebbe ossigeno e che questo fa difficoltà a formarsi su un elettrodo di grafite viene favorito lo sviluppo di cloro 2 Cl - ---> Cl e -

27 2.3.Soluzione acquosa di solfato di sodio Al catodo come nel caso precedente si riduce lacqua 2 H e - ---> H OH - Allanodo le specie ossidabili sono lanione solfato e lacqua, nonostante lacqua faccia difficoltà come prima a formare ossigeno su grafite ha un potenziale di riduzione nettamente inferiore (2.01 V del SO 4 2- contro i 1.23 V dell H 2 O) dunque si ossida lacqua 2 H > O H e - La reazione complessiva è: 2 H 2 O ---> 2 H 2 + O 2

28 Leggi di Faraday 1. La massa delle sostanze prodotte a ciascuno degli elettrodi è direttamente proporzionale alla quantità di elettricità che passa nella cella elettrolitica Le masse di sostanze diverse che si scaricano agli elettrodi al passaggio di una stessa quantità di elettricità stanno tra di loro in un rapporto uguale a quello tra le rispettive masse equivalenti

29 Massa equivalente(ME) MM= massa molare n= numero di elettroni scambiati La massa di una sostanza, pari alla massa equivalente, in grammi se si ossida o si riduce impegna una mole di elettroni Quindi: 1, C e e = C (Farady(F)) Tenendo conto che Carica(coulomb) = Corrente(ampere) Tempo(secondi) m= massa in grammi di sostanza i= intensità di corrente in ampere t= tempo in secondi

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