Una cella elettrochimica è un dispositivo che può convertire l’energia derivante da una reazione chimica in energia elettrica o che può far avvenire una reazione non spontanea convertendo energia elettrica in energia chimica. Nel processo avviene una reazione di ossidoriduzione ovvero una reazione in cui avviene un trasferimento di elettroni: la specie che si ossida perde elettroni mentre quella che si riduce li acquista e ciò comporta un passaggio di elettroni.
Cella galvanica
Una cella galvanica è un dispositivo in cui avviene la trasformazione di energia chimica in energia elettrica. Si verifica un passaggio di elettricità dovuto a una reazione chimica spontanea
L’esempio più tipico di cella galvanica è costituito dalla Pila Daniell costituita da due semicelle in una delle quali è presente un elettrodo di zinco immerso nei suoi ioni ovvero una soluzione contenente ioni Zn2+ (come una soluzione di ZnSO4) mentre nell’altra è presente un elettrodo di rame immerso nei suoi ioni ovvero una soluzione contenente ioni Cu2+ (come una soluzione di CuSO4).
Nella prima semicella lo zinco si ossida secondo la semireazione di ossidazione: Zn(s) → Zn2+(aq) + 2 e– quindi l’elettrodo di zinco, man mano che la reazione decorre, si assottiglia. Lo zinco funziona da polo negativo: per convenzione infatti si assegna il segno – all’elettrodo che cede elettroni.
I due elettroni ceduti dallo zinco imboccano il conduttore metallico e giungono all’elettrodo di rame che in tal modo viene ad essere carico negativamente. Gli ioni rame contenuti nella soluzione di solfato di rame (II) si depositano sull’elettrodo di rame. La semireazione di riduzione è Cu2+(aq) + 2 e–→ Cu(s) quindi l’elettrodo di rame si inspessisce e funziona da polo positivo.
La reazione redox complessiva è:
Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)
Una pila di questo tipo può essere rappresentata dalla notazione:
Zn/Zn2+//Cu2+/Cu
Cella di elettrolisi
Le celle di elettrolisi sono dispositivi in cui avviene la conversione di energia elettrica in energia chimica ovvero in cui vengono fatte avvenire reazioni redox non spontanee.
Ad esempio la scomposizione dell’acqua nei suoi componenti ovvero idrogeno e ossigeno non è un processo spontaneo, ma esso può essere realizzato ricorrendo all’elettrolisi.
Una cella elettrolitica è costituita da un recipiente contenente l’elettrolita allo stato fuso o in soluzione in cui sono immersi due elettrodi collegati a un generatore di corrente continua.
Nella cella elettrolitica l’elettrodo collegato al polo negativo del generatore viene denominato catodo mentre l’elettrodo collegato al polo positivo viene denominato anodo.
Quando i due elettrodi, collegati ai poli del generatore, sono immersi nella soluzione, in questa si verifica una doppia migrazione degli ioni presenti nelle soluzioni elettrolitiche: gli ioni positivi, i cationi vengono attratti dall’elettrodo negativo ovvero dal catodo dove acquistano elettroni riducendosi mentre gli ioni negativi, gli anioni vengono attratti dal polo positivo, l’anodo dove cedono elettroni ossidandosi.
Confronto tre i due tipi di celle
| Cella galvanica | Cella di elettrolisi |
| Converte l’energia chimica in energia elettrica | Converte l’energia elettrica in energia chimica |
| L’energia chimica è dovuta a una reazione di ossidoriduzione spontanea | L’energia elettrica fa avvenire una reazione di ossidoriduzione non spontanea |
| Il catodo è il polo positivo e l’anodo è il polo negativo | Il catodo è il polo negativo e l’anodo è il polo positivo |
| L’ossidazione avviene all’anodo e la riduzione avviene al catodo | L’ossidazione avviene all’anodo e la riduzione avviene al catodo |
| Il catodo e l’anodo sono contenuti in due semicelle diverse collegate tra loro da un ponte salino | Il catodo e l’anodo sono contenuti in un’unica cella in presenza di una soluzione elettrolitica |
| Sono utilizzate come sorgente portatile di energia come ad esempio le pile | Sono utilizzate in processi industriali, nella galvanoplastica e galvanostegia |