L’ elettrochimica studia le relazioni fra due forme di energia che vengono coinvolte nelle reazioni di ossidoriduzione, e cioè l’energia chimica e l’energia elettrica. L’elettrochimica si occupa di conversione di energia chimica in elettrica e viceversa.
Questa branca della chimica, nata con le esperienze di Alessandro Volta, ha risolto problemi di notevole importanza teorica e pratica, come ad esempio il calcolo della costante di equilibrio delle redox, della costante di instabilità dei complessi, del prodotto di solubilità e dei coefficienti di attività degli elettroliti in soluzione.
Una specie chimica si ossida quando perde elettroni, mentre si riduce quando li acquista : non si può verificare un’ossidazione se non avviene contemporaneamente una riduzione e, di conseguenza, il fenomeno complessivo, consiste nel trasferimento di elettroni da una specie all’altra.
L’elettrochimica consente l’approccio a nuove tecniche per l’ottenimento di metalli allo stato di notevole purezza e per una efficace protezione dei materiali metallici dalla corrosione.
Usi
Infine nel campo dell’analisi chimica, è stato possibile mettere a punto nuove tecniche di analisi come la conduttimetria, la potenziometria, l’elettrogravimetria e la polarografia che hanno sostituito quelle dell’analisi classica. Al fine di una migliore comprensione tra energia chimica e energia elettrica si riportano le più comuni grandezze elettriche , le relative unità di misura e le loro relazioni reciproche.
UNITA’ ELETTRICHE
| GRANDEZZA ELETTRICA | SIMBOLO | UNITA’ DI MISURA | SIMBOLO DELL’UNITA’ DI MISURA | RELAZIONE CON ALTRE GRANDEZZE |
| Carica elettrica | Q | coulomb | C | / |
| Intensità di corrente elettrica | i | ampere | A | i = Q/t |
| Resistenza elettrica | R | ohm | Ω | R = V/i |
| f.e.m. / d.d.p. | V | volt | V | V = i x R |
| Potenza | F | watt | W | F = V x i |
| Energia | E | joule | J | E = V x CΩ |
LA PILA
La tendenza spontanea degli elementi allo scambio di elettroni, può essere usata per trasformare l’energia chimica in energia elettrica. Un dispositivo sperimentale di questo tipo si chiama cella galvanica o pila.
Consideriamo due recipienti separati da un setto poroso, contenenti l’uno una soluzione acquosa di ioni Zn2+ (ad es. una soluzione di ZnSO4) nella quale è immersa parzialmente una lamina di zinco metallico, e l’altro una soluzione acquosa contenente ioni Cu2+ ( ad es. una soluzione di CuSO4) nella quale è immersa parzialmente una lamina di rame metallico.
Collegando le due lamine emergenti dalle due soluzioni con un conduttore metallico nel quale è inserito uno strumento di misura , si può osservare che questo segnala un flusso di elettroni diretti dallo zinco al rame , e cioè una corrente elettrica che potrebbe essere utilizzata per far funzionare un adatto utilizzatore.
Se andiamo a verificare lo stato del sistema dopo che esso ha erogato energia elettrica, possiamo rilevare che sono avvenute alcune trasformazioni : la lamina di rame ha aumentato di peso , mentre quella di zinco si è in parte disciolta.
Questo significa che nei due scompartimenti della pila formati dalle due soluzioni separate dal setto poroso, ciascuno dei quali prende il nome di semicella galvanica sono avvenute spontaneamente due semireazioni
1) Semireazione di riduzione : Cu2+ + 2 e– →Cu ( la lamina di rame aumenta di peso)
2) Semireazione di ossidazione : Zn→Zn2+ + 2e– ( la lamina di zinco si discioglie)
Sommando le due semirezioni si ottiene la reazione complessiva :
Cu2+ + Zn = Cu + Zn2+
Tramite questo dispositivo chiamato pila Daniell l’energia chimica è stata trasformata in energia elettrica.