Il documento descrive la costruzione e il funzionamento della pila Daniell, un dispositivo che produce energia elettrica continua tramite reazioni di ossido-riduzione. Attraverso una serie di esperimenti, è dimostrato come il flusso di elettroni tra il zinco e il rame avvenga e come un ponte salino sia necessario per mantenere l'equilibrio delle cariche nelle semicelle. La pila ha avuto un'importante applicazione storica, in particolare nelle comunicazioni e nell'industria telegrafica, prima di essere superata da tecnologie più avanzate.

1. Sun Elena 4E
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RELAZIONE DI LABORATORIO
TITOLO: La pila Daniell
OBIETTIVO: Produrre energia elettrica continua attraverso reazioni di ossido-riduzione spontanee
PREMESSA:
Nelle reazioni di ossido-riduzione, si verifica spontaneamente un flusso di elettroni da una specie chimica
(che si ossida) a un’altra (che si riduce).
Immergendo una lamina di zinco in un becher contenente una soluzione di solfato di rame (di colore
azzurro), la lamina di zinco, dopo un po’ di tempo, assume un colore rossiccio, perché si ricopre di uno
strato di rame metallico: lo zinco si è ossidato (da Zn metallico, n.o. = 0, a ione Zn2+
, n.o. = +2) cedendo 2
elettroni al rame, che si è ridotto da ione Cu2+
(n.o. = +2) a rame metallico Cu (n.o. = 0).
𝑍𝑛(𝑠) + 𝐶𝑢(𝑎𝑞)
2+
→ 𝑍𝑛(𝑎𝑞)
2+
+ 𝐶𝑢(𝑠) oppure Zn/Zn2+
//Cu2+
/Cu
Questa reazione è esotermica (la temperatura aumenta). L’energia che si libera può essere convertita in
energia elettrica, convogliando gli elettroni liberati nella reazione di ossidazione dello zinco non
direttamente, attraverso la soluzione, al rame, ma separando fisicamente le due semireazioni (di
ossidazione e di riduzione), e collegando i siti delle due semireazioni mediante un filo conduttore
metallico: gli elettroni liberati nella semireazione di ossidazione (zinco) scorreranno lungo il filo metallico
per raggiungere l’agente ossidante (solfato di rame), che si riduce “catturando” questi elettroni.
𝑍𝑛(𝑠) → 𝑍𝑛(𝑎𝑞)
2+
+ 𝑒−(𝑜𝑠𝑠𝑖𝑑𝑎𝑧𝑖𝑜𝑛𝑒) quello che si ossida è l’anodo (-)
𝐶𝑢(𝑎𝑞)
2+
+ 2𝑒−
→ 𝐶𝑢(𝑠)(𝑟𝑖𝑑𝑢𝑧𝑖𝑜𝑛𝑒) quello che si riduce è il catodo (+)

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MATERIALI E STRUMENTI:
Due becker da 80mL Solfato di rame (CuSO4)
Solfato di rame 0,25M Solfato di zinco (ZnSO4)
Solfato di zinco 0,25M Voltmetro
Lamina di rame Carta da filtro
Lamina di zinco Cloruro di sodio (NaCl)
Soluzione satura di clururo di sodio Bacchetta di vetro
Matraccio da 50mL Imbuto
Bilancia (max 1000g min 0.01g) Acqua distillata
Spatola a cucchiaio Vetrino d’orologio
Descrizione della prova:
Preparazione Solfato di rame 0,25M
1. Pesare 2,00 grammi di solfato di rame
2. Versare nel becker utilizzando una spatola a cucchiaio, diluirla con l’acqua distillata e mescolare con
una becchetta di vetro
3. Versare la soluzione con l’utilizzo di un imbuto nel matraccio fino a portarla a volume (50mL) e
agitarla
4. Riversare la soluzione nel becker
Preparazione Solfato di zinco 0,25M
1. Pesare 2,02 grammi di solfato di zinco
2. Versare nel becker utilizzando una spatola a cucchiaio, diluirla con l’acqua distillata e mescolare con
una becchetta di vetro
3. Versare la soluzione con l’utilizzo di un imbuto nel matraccio fino a portarla a volume (50mL) e
agitarla
4. Riversare la soluzione nel becker

3. Sun Elena 4E
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Preparazione Soluzione satura di clururo di sodio
1. Versare il cloruro di sodio nel becker e diluirla con l’acqua distillata
Preparazione Pila Daniell
1. Inserire la lamina di zinco nella soluzione di solfato di zinco
2. Inserire la lamina di rame nella soluzione di solfato di rame
3. Tagliare un fascio di carta da filtro e bagnarla nella soluzione satura di cloruro di sodio
4. Inserire il fascio nelle due semicelle
5. Collegare le due lamine (rame e zinco) all’amperometro (o al voltmetro).

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OSSERVAZIONE e CONCLUSIONE
PRIMA (senza ponte salino) DOPO (con ponte salino)
I due becher rappresentano le due semicelle della pila. Nelle due semicelle, una volta collegate, si verificano,
rispettivamente, le due semireazioni:
di ossidazione: 𝑍𝑛(𝑠) → 𝑍𝑛(𝑎𝑞)
2+
+ 2𝑒−(𝑜𝑠𝑠𝑖𝑑𝑎𝑧𝑖𝑜𝑛𝑒)
di riduzione: 𝐶𝑢(𝑎𝑞)
2+
+ 2𝑒−
→ 𝐶𝑢(𝑠)(𝑟𝑖𝑑𝑢𝑧𝑖𝑜𝑛𝑒)
Gli elettroni si spostano lungo il filo conduttore dall’anodo (lamina di zinco) al catodo (lamina di rame). La
pila Daniell, in sintesi, funziona per la reazione redox complessiva:
𝑍𝑛(𝑠) + 𝐶𝑢𝑆𝑂4(𝑎𝑞) → 𝐶𝑢(𝑠) + 𝑍𝑛𝑆𝑂4(𝑎𝑞) + 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑒𝑙𝑒𝑡𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎
Durante il funzionamento della pila, all’anodo aumentano gli ioni Zn2+
mentre al catodo diminuiscono gli
ioni Cu2+
. All’anodo, l’eccesso di cariche positive nella soluzione impedirebbe altre trasformazioni di atomi
di zinco in ioni Zn2+
. Al catodo, la carenza di cariche positive impedirebbe l’ulteriore trasformazione di ioni
Cu2+
in rame metallico. Il ponte salino (tubo contenente soluzione satura di NaCl) con i suoi ioni
neutralizza le cariche che si vanno accumulando nelle due semicelle: gli anioni Cl-
si spostano verso
l’anodo per bilanciare la carica positiva che qui si produce, mentre gli ioni Na+
si spostano verso il catodo
per bilanciare l’eccesso di ioni negativi che si vanno accumulando. Il passaggio di corrente è rilevato, alla
chiusura del circuito, dall’amperometro (oppure la differenza di potenziale che si realizza tra le due
semicelle è registrata dal voltmetro).

5. Sun Elena 4E
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Il potenziale
Il potenziale della cella in condizioni standard si ottiene dai potenziali normali di riduzione delle due
semireazioni che sono:
Zn2+
+ 2 e–
→ Zn per la quale E° = – 0.762 V
Cu2+
+ 2 e–
→ Cu per la quale E° = + 0.34 V
Una delle due semireazioni deve avvenire nel senso dell’ossidazione e la reazione avviene spontaneamente
con produzione di energia elettrica se lo zinco si ossida:
Zn → Zn2+
+ 2 e–
Il potenziale di questa semireazione è pari, in valore assoluto, a quella di ossidazione ma il segno è cambiato
pertanto E° = + 0.762 V
Il potenziale complessivo della cella vale quindi E = 0.762 + 0.34 = 1.10 V
La storia
La pila Daniell costituì una rivoluzione nel campo scientifico e rappresenta una testimonianza dell’ingegno e
dell’innovazione umana che ha aperto la strada a futuri progressi nella tecnologia nel campo dell’elettricità.
Poiché era portatile e sicura, la cella Daniell fu utilizzata per alimentare le comunicazioni durante tutti i
tentativi di posa di un cavo Atlantico.
Un tempo era ampiamente utilizzata nell’industria telegrafica europea, per alimentare telefoni e campanelli
ma fu soppiantata alla fine del XIX secolo da modelli di batterie più moderni.