Come funzionano le celle voltaiche?

In una cella voltaica utilizziamo una sostanza chimica che tende ad ossidarsi - perde elettroni - e una seconda sostanza chimica che ridurrà - guadagna elettroni.

In termini di requisiti fisici, abbiamo bisogno di due elettrodi: conduttori solidi. Uno, chiamato anodo, permetterà agli elettroni prodotti dall'ossidazione di lasciare la cellula, e un secondo, chiamato catodo, consentirà agli elettroni di rientrare nella cellula per causare la riduzione. Entrambi sono immersi in una soluzione elettrolitica conduttiva.

Qualsiasi di un gran numero di materiali può servire come questi elettrodi. Ogni elettrodo porta con sé un contributo caratteristico alla tensione cellulare nota come potenziale semicellulare.

La tensione della cella è la differenza tra questi due potenziali semicellulari.

Il diagramma seguente mostra la cella costituita da elettrodi Zn e Cu, che è comunemente il primo che gli studenti incontrano nelle lezioni di chimica. È tipico del modo in cui lavora la maggior parte delle cellule.

All'anodo, il metallo zinco si ossida in ioni zinco rilasciando due elettroni. Gli elettroni seguono un percorso attraverso i fili esterni in cui un voltmetro misura l'energia posseduta dalle cariche. Alla fine, arrivano al catodo di rame, dove coprono la superficie esterna del metallo.

#Zn(s) rarr Zn^(2+) + 2e^-#

Qui, gli elettroni si combinano con gli ioni rame per produrre rame metallo e gli elettroni vengono rimossi dal sistema (ovvero, non fluiscono attraverso la soluzione all'anodo).

#Cu^(2+) + 2e^-## rarr Cu(s)#

Poiché gli ioni positivi si formano nel becher sinistro e vengono rimossi dal becher destro, deve essere necessario che gli ioni positivi scorrano da sinistra a destra. In questa configurazione, questo trasporto di carica è reso possibile dal "ponte del sale". In esso, gli ioni positivi migrano da sinistra a destra, mentre gli ioni negativi si spostano da destra a sinistra.

La tensione della cella (a 1 M di concentrazione e 25 ° C) è 1.10 V. Questo valore è caratteristico delle coppie di ioni di metallo e metallo utilizzate in ciascun becher, o "semicella". La scelta di metalli diversi farà sì che la tensione sia diversa.