UN PO’ DI CHIMICA
La Pila
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Oggi vedremo come
si può ottenere
energia elettrica
da
Una reazione
chimica
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Proviamo a
mettere una
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una soluzione di
solfato di rame
cosa notate?
Sulla lamina si
forma una roba
ner...
Sta avvenendo una
reazione, quella che i
chimici chiamano
ossidoriduzione
Il rame si riduce
depositandosi sullo zinco
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Questa reazione avviene
spontaneamente ed è
possibile sfruttarla per
ottenere energia. Anzi ci
potete accendere una
lampad...
Il principio di
funzionamento è
analogo a quello della
pila di Volta e delle
pile in generale
Ecco qui lo strumento
che ci...
Cominciamo dai liquidi.
Sono soluzioni di
concentrazione 1M di sali in
acqua
Soluzioni di questo
tipo si dicono
soluzioni
...
Il cloruro di sodio NaCl, il
normale sale da cucina è una di
queste sostanze e messo in
acqua si scinde nei suoi ioni
Na+ ...
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 c...
Le lamine di metallo, che
vediamo nella pila di
Daniel,
sono di zinco Zn e di rame
Cu
Dove posso
trovare tutti
questi
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Ora vediamo cosa
succede se metto in un
becker una soluzione di
solfato di zinco e vi
immergo una lamina di
zinco
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questo non significa
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Prova a
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disegno che hai
fatto!
Anche in questo caso
avvengono i due processi : si
staccano atomi dal metallo
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I due metalli si comportano quindi in
modo molto differente: lo zinco ha la
tendenza a cedere altri ioni Zn2+
alla propria...
. Sullo zinco rimarranno perciò elettroni
liberi in eccesso, la sbarretta si caricherà di
elettricità negativa e assumerà ...
Per avere il passaggio di
corrente elettrica, bisogna
avere una differenza di
potenziale (ddp) che è
responsabile del flus...
Perché questa pila
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Il ponte salino
A cosa serve?
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Durante il processo la soluzione di
zinco avrebbe ioni positivi Zn++ in
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quella di rame si ...
È un tubicino di vetro piegato a U che
contiene una soluzione elettrolitica di KCl,
cloruro di potassio. Questa soluzione
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Adesso colleghiamo i
fili alla lampadina e …
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Dopo un certo periodo di funzionamento la
corrente cessa (cioè la pila “si scarica”) perché
tutti gli ioni Cu2+ ,inizialme...
Immergiamo ora la barretta di
rame nello zinco
Non si osserva nessun deposito di Zinco
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Questo significa anche che in
una pila con gli elettrodi di
rame e di zinco,
Lo zinco si ossida sempre e
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E come faccio a capire
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l’anodo?
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Per esempio i valori dei potenziali sono
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Cu++/Cu = + 0,34
Il rame è più positivo dello zinco ed è quello...
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filo elettrico spellato o
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Anche in questo caso abbiamo due metalli e
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funziona da elettrolita. La corren...
• mettete in ogni limone i due elettrodi facendo
attenzione che non si tocchino
•Collegate con i coccodrilli i quattro lim...
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  1. 1. UN PO’ DI CHIMICA La Pila www.unpodichimica.wordpress.com
  2. 2. Oggi vedremo come si può ottenere energia elettrica da Una reazione chimica www.unpodichimica.wordpress.com
  3. 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 più chiara ! www.unpodichimica.wordpress.com
  4. 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. 5. Questa reazione avviene spontaneamente ed è 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. 6. Il principio di funzionamento è analogo a quello della pila di Volta e delle pile in generale Ecco qui lo strumento che ci permetterà di ottenere da quella reazione energia elettrica. Quella che vedete qui è una pila di Daniel. Vediamone i singoli componenti www.unpodichimica.wordpress.com
  7. 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. 8. Il cloruro di sodio NaCl, il normale sale da cucina è 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 così, Luca! www.unpodichimica.wordpress.com
  9. 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– è 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. 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 l’agricoltura; per il rame puoi scorticare un pezzo di filo elettrico. Lo zinco è più difficile da reperire: vecchie grondaie, lastre per incisioni, mah! se hai però un po’ di pazienza, vedremo una pila che sicuramente potrai fare a casa! www.unpodichimica.wordpress.com
  11. 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. 12. niente Non osservo alcun fenomeno particolare : questo non significa che non stia succedendo niente. ?????????? niente niente Assolutamente niente www.unpodichimica.wordpress.com
  13. 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 realtà avvengono due processi e-= elettroni www.unpodichimica.wordpress.com
  14. 14. - - - - - - + + + + + + - metallo soluzione + Si forma un doppio strato elettrico che comporta una differenza di potenziale ddp La situazione è quella dello Zinco Supponiamo che il processo A sia più veloce Dopo un certo periodo si raggiungerà 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. 15. Supponiamo ora che il processo B sia più veloce Qualcuno di voi saprebbe disegnare la nuova situazione ? Ci provo! Bene! www.unpodichimica.wordpress.com
  16. 16. + + + + + + - - - - - - + soluzione metallo - www.unpodichimica.wordpress.com
  17. 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 però il processo più veloce sarà quello in cui dalla soluzione si depositano ioni positivi sul metallo Si avrà così un eccesso di cariche positive sul metallo e uno di cariche negative vicino alla lamina Perfetto ! La situazione che hai descritto è 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. 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. 19. . Sullo zinco rimarranno perciò elettroni liberi in eccesso, la sbarretta si caricherà di elettricità negativa e assumerà un potenziale negativo rispetto alla propria soluzione. Nel rame avverrà l’opposto: ioni Cu2+ si depositeranno sulla sbarretta e questa si caricherà di elettricità positiva e assumerà 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 dell’elettrodo www.unpodichimica.wordpress.com
  20. 20. Per avere il passaggio di corrente elettrica, bisogna avere una differenza di potenziale (ddp) che è 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. 21. Perché questa pila funzioni è necessario anche un altro elemento: Il ponte salino A cosa serve? www.unpodichimica.wordpress.com
  22. 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. Perché il processo continui. è necessario che le due soluzioni rimangano neutre. Il ponte salino serve quindi a mantenere la neutralità elettrica delle soluzioni, www.unpodichimica.wordpress.com
  23. 23. È 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 è fatto? www.unpodichimica.wordpress.com
  24. 24. Adesso colleghiamo i fili alla lampadina e … www.unpodichimica.wordpress.com
  25. 25. Dopo un certo periodo di funzionamento la corrente cessa (cioè la pila “si scarica”) perché tutti gli ioni Cu2+ ,inizialmente presenti nella soluzione, si sono depositati sulla sbarretta di rame, oppure la sbarretta di zinco si è tutta disciolta: il serbatoio di energia viene a essere esaurito e la reazione che determina il passaggio di corrente non può più aver luogo. Zn Zn2+ + 2e– ANODO OSSIDAZIONE Cu2+ + 2e– Cu CATODO RIDUZIONE www.unpodichimica.wordpress.com
  26. 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 è spontanea! www.unpodichimica.wordpress.com
  27. 27. Questo significa anche che in una pila con gli elettrodi di rame e di zinco, Lo zinco si ossida sempre e sarà l’anodo della pila, Il rame invece si riduce sempre e sarà il catodo della pila. Ma la pila si fa solo con rame e zinco No, si può fare con altri metalli www.unpodichimica.wordpress.com
  28. 28. E come faccio a capire chi è il catodo e chi l’anodo? Esiste la Tabella dei potenziali standard di riduzione Cioè??? I valori dei potenziali degli elementi, misurati rispetto all’ elettrodo di idrogeno, ci dicono che tendenza ha il metallo. Se il valore è positivo tende a ridursi, se negativo tende ad ossidarsi www.unpodichimica.wordpress.com
  29. 29. www.unpodichimica.wordpress.com
  30. 30. Per esempio i valori dei potenziali sono Zn++/Zn = -0,76 V Cu++/Cu = + 0,34 Il rame è più positivo dello zinco ed è quello che si riduce . La forza elettromotrice della nostra pila, cioè la forza che fa sì che gli elettroni si muovano in una certa direzione, è 1,1 V ed equivale alla somma dei potenziale dei due elettrodi: f.e.m.= E0 Catodo - E0 anodo www.unpodichimica.wordpress.com
  31. 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. 32. Anche in questo caso abbiamo due metalli e una soluzione acida, il succo di limone, che funziona da elettrolita. La corrente sviluppata è poca, sufficiente però per accendere un led, Il limone dopo, è da buttare!!!! Io l’ho vista fare con le patate! Io con la frutta! Ricordate: due metalli e una soluzione elettrolitica ! www.unpodichimica.wordpress.com
  33. 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 accenderà ! www.unpodichimica.wordpress.com
  34. 34. fine www.unpodichimica.wordpress.com

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