Pila come funziona

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  • 1. UN PO DI CHIMICA La Pila www.unpodichimica.wordpress.com

2. Oggi vedremo come si pu ottenere energia elettrica da Una reazione chimica www.unpodichimica.wordpress.com 3. Proviamo a mettere una lamina di zinco in una soluzione di solfato di rame cosa notate? Sulla lamina si forma una roba nerastra La soluzione sta diventando pi chiara ! www.unpodichimica.wordpress.com 4. Sta avvenendo una reazione, quella che i chimici chiamano ossidoriduzione Il rame si riduce depositandosi sullo zinco in forma di rame metallico Cu Mentre lo zinco si ossida passando in soluzione sotto forma di ioni Zn++ Cu+2 (aq) + Zn(s) Cu(s) + Zn+2 (aq) www.unpodichimica.wordpress.com 5. Questa reazione avviene spontaneamente ed possibile sfruttarla per ottenere energia. Anzi ci potete accendere una lampadina! Cu+2 (aq) + Zn(s) Cu(s) + Zn+2 (aq) www.unpodichimica.wordpress.com 6. Il principio di funzionamento analogo a quello della pila di Volta e delle pile in generale Ecco qui lo strumento che ci permetter di ottenere da quella reazione energia elettrica. Quella che vedete qui una pila di Daniel. Vediamone i singoli componenti www.unpodichimica.wordpress.com 7. Cominciamo dai liquidi. Sono soluzioni di concentrazione 1M di sali in acqua Soluzioni di questo tipo si dicono soluzioni elettrolitiche Che cosa significa ? Gli elettroliti sono sostanze le cui molecole, poste in acqua, si scindono in ioni positivi e ioni negativi. www.unpodichimica.wordpress.com 8. Il cloruro di sodio NaCl, il normale sale da cucina una di queste sostanze e messo in acqua si scinde nei suoi ioni Na+ e Cl- Quindi ogni giorno butto la pasta in una soluzione elettrolitica? Proprio cos, Luca! www.unpodichimica.wordpress.com 9. Anche lo zinco Zn e il rame Cu formano dei sali, per esempio il solfato di zinco e il solfato di rame, che si comportano come elettroliti. il solfato di zinco si scinde in ioni positivi Zn2+ e in ioni solfato negativi formati da un atomo di zolfo e quattro atomi di ossigeno (SO4 2 la loro formula chimica). Analogamente, il solfato di rame si scinde in ioni Cu2+ e ioni SO4 2. ZnSO4 Zn++ + SO4 - -- --- CuSO4 Cu++ + SO4 -- -- www.unpodichimica.wordpress.com 10. Le lamine di metallo, che vediamo nella pila di Daniel, sono di zinco Zn e di rame Cu Dove posso trovare tutti questi ingredienti?Mmm I sali potresti trovarli in negozi che vendono articoli per lagricoltura; per il rame puoi scorticare un pezzo di filo elettrico. Lo zinco pi difficile da reperire: vecchie grondaie, lastre per incisioni, mah! se hai per un po di pazienza, vedremo una pila che sicuramente potrai fare a casa! www.unpodichimica.wordpress.com 11. Ora vediamo cosa succede se metto in un becker una soluzione di solfato di zinco e vi immergo una lamina di zinco e in un altro becker metto una soluzione di solfato di rame e vi immergo una lamina di rame ovvero pongo un metallo in una soluzione dei suoi stessi ioni Metallo Zn Ione Zn++ Metallo Cu Ione Cu++ Zn Cu Zn+ + Cu++ Zn+ + Zn+ + Cu++ Cu++ www.unpodichimica.wordpress.com 12. niente Non osservo alcun fenomeno particolare : questo non significa che non stia succedendo niente. ?????????? niente niente Assolutamente niente www.unpodichimica.wordpress.com 13. alcuni atomi del metallo Me si staccano dal reticolo cristallino e vanno in soluzione come cationi , ioni positivi, lasciando i loro elettroni esterni sul metallo Me Men+ + ne- Alcuni ioni positivi dalla soluzione si depositano sul metallo allo stato di atomi neutri Men+ + ne- Me A B In realt avvengono due processi e-= elettroni www.unpodichimica.wordpress.com 14. - - - - - - + + + + + + - metallo soluzione + Si forma un doppio strato elettrico che comporta una differenza di potenziale ddp La situazione quella dello Zinco Supponiamo che il processo A sia pi veloce Dopo un certo periodo si raggiunger uno stato di equilibrio caratterizzato da un eccesso di elettroni sul metallo e da un eccesso di ioni positivi nelle immediate vicinanze della superficie del metallo www.unpodichimica.wordpress.com 15. Supponiamo ora che il processo B sia pi veloce Qualcuno di voi saprebbe disegnare la nuova situazione ? Ci provo! Bene! www.unpodichimica.wordpress.com 16. + + + + + + - - - - - - + soluzione metallo - www.unpodichimica.wordpress.com 17. Prova a spiegare il disegno che hai fatto! Anche in questo caso avvengono i due processi : si staccano atomi dal metallo lasciando elettroni, mentre dalla soluzione si depositano ioni positivi sul metallo Questa volta per il processo pi veloce sar quello in cui dalla soluzione si depositano ioni positivi sul metallo Si avr cos un eccesso di cariche positive sul metallo e uno di cariche negative vicino alla lamina Perfetto ! La situazione che hai descritto quella del rame anche in questo caso si forma un doppio strato elettrico che comporta una differenza di potenziale ddp www.unpodichimica.wordpress.com 18. I due metalli si comportano quindi in modo molto differente: lo zinco ha la tendenza a cedere altri ioni Zn2+ alla propria soluzione; il rame, invece, cattura ioni Cu2+ dalla propria soluzione. www.unpodichimica.wordpress.com 19. . Sullo zinco rimarranno perci elettroni liberi in eccesso, la sbarretta si caricher di elettricit negativa e assumer un potenziale negativo rispetto alla propria soluzione. Nel rame avverr lopposto: ioni Cu2+ si depositeranno sulla sbarretta e questa si caricher di elettricit positiva e assumer un potenziale positivo rispetto alla propria soluzione Comunque, in entrambi i casi,tra il metallo e la soluzione si crea una ddp che viene detta potenziale dellelettrodo www.unpodichimica.wordpress.com 20. Per avere il passaggio di corrente elettrica, bisogna avere una differenza di potenziale (ddp) che responsabile del flusso di elettroni. Il sistema metallo /soluzione dei suoi ioni viene chiamato semicella Ponendo a contatto le due semicelle si ha passaggio di corrente www.unpodichimica.wordpress.com 21. Perch questa pila funzioni necessario anche un altro elemento: Il ponte salino A cosa serve? www.unpodichimica.wordpress.com 22. Durante il processo la soluzione di zinco avrebbe ioni positivi Zn++ in eccesso mentre quella di rame e quella di rame si troverebbe ad avere ioni negativi SO4 -- in eccesso. Perch il processo continui. necessario che le due soluzioni rimangano neutre. Il ponte salino serve quindi a mantenere la neutralit elettrica delle soluzioni, www.unpodichimica.wordpress.com 23. un tubicino di vetro piegato a U che contiene una soluzione elettrolitica di KCl, cloruro di potassio. Questa soluzione naturalmente non si deve mischiare con le altre due e quindi gli estremi del tubicino sono chiusi, ma con una sostanza porosa per permettere il passaggio degli ioni K + e Cl- Come fatto? www.unpodichimica.wordpress.com 24. Adesso colleghiamo i fili alla lampadina e www.unpodichimica.wordpress.com 25. Dopo un certo periodo di funzionamento la corrente cessa (cio la pila si scarica) perch tutti gli ioni Cu2+ ,inizialmente presenti nella soluzione, si sono depositati sulla sbarretta di rame, oppure la sbarretta di zinco si tutta disciolta: il serbatoio di energia viene a essere esaurito e la reazione che determina il passaggio di corrente non pu pi aver luogo. Zn Zn2+ + 2e ANODO OSSIDAZIONE Cu2+ + 2e Cu CATODO RIDUZIONE www.unpodichimica.wordpress.com 26. Immergiamo ora la barretta di rame nello zinco Non si osserva nessun deposito di Zinco sula lamina di rame. Questo significa che la reazione di riduzione dello zinco ad opera del rame non spontanea! www.unpodichimica.wordpress.com 27. Questo significa anche che in una pila con gli elettrodi di rame e di zinco, Lo zinco si ossida sempre e sar lanodo della pila, Il rame invece si riduce sempre e sar il catodo della pila. Ma la pila si fa solo con rame e zinco No, si pu fare con altri metalli www.unpodichimica.wordpress.com 28. E come faccio a capire chi il catodo e chi lanodo? Esiste la Tabella dei potenziali standard di riduzione Cio??? I valori dei potenziali degli elementi, misurati rispetto all elettrodo di idrogeno, ci dicono che tendenza ha il metallo. Se il valore positivo tende a ridursi, se negativo tende ad ossidarsi www.unpodichimica.wordpress.com 29. www.unpodichimica.wordpress.com 30. Per esempio i valori dei potenziali sono Zn++/Zn = -0,76 V Cu++/Cu = + 0,34 Il rame pi positivo dello zinco ed quello che si riduce . La forza elettromotrice della nostra pila, cio la forza che fa s che gli elettroni si muovano in una certa direzione, 1,1 V ed equivale alla somma dei potenziale dei due elettrodi: f.e.m.= E0 Catodo - E0 anodo www.unpodichimica.wordpress.com 31. Prof! Mi dice come adesso come faccio a fare una pila a casa?Giusto! Ti basta un filo elettrico spellato o una monetina da 5 centesimi, una graffetta, 5 coccodrilli per i collegamenti, un led, e un limone! Un limone? www.unpodichimica.wordpress.com 32. Anche in questo caso abbiamo due metalli e una soluzione acida, il succo di limone, che funziona da elettrolita. La corrente sviluppata poca, sufficiente per per accendere un led, Il limone dopo, da buttare!!!! Io lho vista fare con le patate! Io con la frutta! Ricordate: due metalli e una soluzione elettrolitica ! www.unpodichimica.wordpress.com 33. mettete in ogni limone i due elettrodi facendo attenzione che non si tocchino Collegate con i coccodrilli i quattro limoni in serie Zn/Cu Zn/CuZn/Cu Zn/Cu come in figura , collegate il led e vedrete che si accender ! www.unpodichimica.wordpress.com 34. fine www.unpodichimica.wordpress.com