Pila Daniell: reazioni, potenziale

Nel 1836 il chimico britannico John Frederic Daniell inventò la pila che ancora oggi porta il suo nome sfruttando il prototipo di Alessandro Volta che per primo realizzò un dispositivo in grado di convertire energia chimica in energia elettrica.

La pila Daniell è costituita da due recipienti separati contenenti l’uno una soluzione acquosa di ioni Zn²⁺ come una soluzione di solfato di zinco in cui è immersa una lamina di zinco metallica e l’altro una soluzione acquosa di Cu²⁺ come una soluzione di solfato di rame in cui è immersa una lamina di rame metallico.

Le due soluzioni sono collegate da un ponte salino costituito da solfato di sodio o nitrato di potassio che garantisce il contatto ionico tra le due soluzioni e la loro elettroneutralità.

Collegando le due lamine metalliche con un conduttore in cui è inserito uno strumento di misura dell’intensità di corrente elettrica si osserva un flusso di elettroni dallo zinco al rame.

Dopo un certo periodo la lamina di rame è aumentata di peso mentre quella di zinco si è in parte disciolta nella soluzione.

Nelle due semicelle galvaniche sono avvenute quindi delle reazioni.

Reazioni nella pila Daniell

Nella prima semicella la lamina di zinco metallico contenuto in una semicella si è ossidata secondo la semireazione:

Zn → Zn²⁺ + 2 e^–

Nella seconda semicella lo ione rame presente nella soluzione si è ridotto secondo la semireazione:
Cu²⁺ + 2 e^– → Cu

Pertanto la reazione complessiva è:
Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

e la cella può essere così rappresentata:
Zn/Zn²⁺//Cu²⁺/Cu

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

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.