In questo post tratterò il processo chimico che si cela dietro una branca della chimica nata tra la fine del 700' e l'inizio del 800': l'elettrochimica.
la copertina di un libro di elettrochimica del 1907
Come detto essa è una branca della chimica e della fisica che si interessa del rapporto che esiste fra energia elettrica ed energia chimica. Il dispositivo principe dell'elettrochimica è la pila:
"Alle soglie del XIX secolo Alessandro Volta costruisce la pila, gettando le basi dell'elettrochimica: è, all' epoca, difficile scorgere in questa nuova branca della fisica la presenza degli stessi principi di conservazione e non generazione spontanea dell'energia. La corrente elettrica, generata dalla reazione dell'elettrolito a contatto con gli elettrodi, a lungo viene ritenuta inesauribile. E' un' eccezione che nel 1832 il chimico Roget affermi nel suo Galvanism affermi che "tutte le sorgenti di potenza e di moto, quando producono il loro effetto, esauriscano le risorse da cui detti effetti sono prodotti", generalizzando così l'impossibilita di qualsiasi moto perpetuo"
Vittorio MARCHIS, Storia delle Macchine, Editori LaTerza : Roma-Bari, 2005
Appunti originali di A. Volta con schema della sua pila
Essa è un dispositivo inventato da Alessandro Volta nel 1799, che era formata da una pila di dischi di zinco e rame alternati ad un disco imbevuto di una soluzione salina. Fu però grazie a Luigi Galvani che Volta si interessò a questi fenomeni: infatti Galvani aveva eseguito esperimenti sulle rane, sostenendo che l'elettricità fosse un fenomeno con origini solo biologiche.
schema di una pila Daniell
Una pila, in generale, è composta da due elettrodi (nella maggior parte dei casi allo stato solido, come ad esempio barrette di metallo) che sono collegati attraverso un collegamento elettrico (che permette il passaggio di elettroni). I due elettrodi (chiamati anodo quello con carica negativa e catodo quello con carica positiva) sono immersi in due diverse soluzioni elettrolitiche (composte dagli ioni dell'elettrodo, come ad esempio sbarretta di rame in soluzione di ioni rame) e queste soluzioni (che sono in due contenitori divisi, dette celle) sono collegate attraverso un setto poroso con all' interno una sostanza che dissociandosi evita il cortocircuito della pila (detto ponte salino). Questa pila funziona con una reazione chimica, chiamata di ossido-riduzione (o redox): essa consiste in uno passaggio di elettroni da una sostanza all'altra (con variazione del numero di ossidazione), che si trasferiscono dalla sostanza che si ossida a quella che si riduce. La reazione netta della pila presentata nella figura è:
Queste reazioni, però, avvengono solo se la differenza di potenziale tra i due elettrodi è abbastanza elevata, in base ad una scala dei potenziali dei potenziali di riduzione standard (25°C e 1 atm) rispetto ad un elettrodo preso come standard (quindi potenziale 0.0 V), che è l'elettrodo ad idrogeno.
potenziali di riduzione standard di alcuni metalli
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