Celle elettrochimiche: Tipi e funzionamento
Le celle elettrochimiche rappresentano dispositivi in grado di convertire l’energia chimica in energia elettrica, o di far avvenire reazioni non spontanee utilizzando energia elettrica per produrre energia chimica. Esistono due tipi principali di celle elettrochimiche: le celle galvaniche e le celle di elettrolisi.
Le celle galvaniche, come le batterie, rappresentano un esempio di come l’energia derivante da una reazione chimica possa essere convertita in energia elettrica. Dall’altra parte, le celle di elettrolisi, come nel caso dell’elettrolisi dell’acqua per produrre idrogeno e ossigeno gassosi, permettono di far avvenire reazioni non spontanee utilizzando energia elettrica.
In entrambi i tipi di celle, avvengono reazioni di ossidoriduzione in cui si verifica un trasferimento di elettroni tra le specie chimiche coinvolte, con una specie che perde elettroni (si ossida) e un’altra che li acquista (si riduce).
Componenti delle celle elettrochimiche
Una cella elettrochimica è composta da due semicelle, ciascuna delle quali contiene un elettrodo e un elettrolita, che possono essere simili o diversi tra le due semicelle. Le reazioni chimiche all’interno di una cella possono coinvolgere l’elettrolita, gli elettrodi o anche specie esterne, come nelle celle a combustibile.
Un ponte salino o un setto poroso viene utilizzato per garantire il contatto ionico tra le due soluzioni e mantenere l’elettroneutralità, consentendo il passaggio di ioni da una semicella all’altra. Senza un ponte salino o un setto poroso, la reazione e il flusso di elettroni si arresterebbero.
Nelle celle galvaniche, si verifica un passaggio di elettricità in seguito a una reazione chimica spontanea.
Pila Daniell
Un esempio emblematico di cella galvanica è rappresentato dalla Pila Daniell, costituita da due semicelle. In una semicella, lo zinco si ossida, cedendo elettroni, e funge da polo negativo, mentre nell’altra semicella, avviene la riduzione del rame, che si comporta da polo positivo. Complessivamente, la reazione redox avviene tra lo zinco e i ioni rame.
Celle di elettrolisi
Nelle celle di elettrolisi, avviene una reazione non spontanea attraverso l’utilizzo di energia elettrica. Un esempio è rappresentato da una soluzione di HCl, in cui due elettrodi collegati a una batteria provocano la produzione di cloro e idrogeno.
In sintesi, mentre nelle pile l’energia chimica viene convertita in energia elettrica grazie a reazioni spontanee, nelle celle di elettrolisi sono le reazioni elettrodiche non spontanee a essere innescate dall’energia elettrica esterna.