La cella a soluzione salina
Misurare la differenza di potenziale tra due elettrodi immersi in una soluzione salina.
La scienza alla base di questo esperimento
I metalli immersi nell’acqua tendono a ionizzarsi e a dissolversi, lasciando i propri elettroni sulla superficie del metallo stesso. Si crea quindi una differenza di potenziale tra la soluzione, caricata positivamente, e il metallo, caricato negativamente.
I metalli tendono a dissolversi in soluzione acquosa sotto forma di ioni; nel caso del rame e dello zinco si verificano le seguenti reazioni: Cu ↔ Cu²⁺ + 2e⁻.
A causa della maggiore tendenza alla dissoluzione o, per meglio dire, della maggiore stabilità dello stato ossidato, il numero di atomi di zinco che passano allo stato ionico è superiore a quello degli atomi di rame.
Quando gli ioni passano in soluzione, gli elettroni corrispondenti rimangono sui metalli, conferendo loro una carica negativa.
Il processo si arresta quando la densità degli elettroni sull’elettrodo è tale da rendere troppo difficile la fuoriuscita di ulteriori ioni dall’elettrodo.
Se la cella fosse in cortocircuito (ad esempio collegando gli elettrodi con un filo a bassa resistenza), gli elettroni passerebbero dallo zinco al rame e la lamina di zinco si dissolverebbe completamente (questo processo è simile alla corrosione).
Vale la pena sottolineare che gli ioni positivi non si diffondono nell’acqua, ma rimangono molto vicini agli elettrodi a causa della presenza di elettroni su di essi (che esercitano una forza di attrazione sugli ioni positivi). Questo strato positivo è denominato strato di Helmholtz e si dice allora che l’elettrodo sia polarizzato.
Attrezzatura utilizzata
- Multimetro digitale — ELE-001
- 1 × Cavo di collegamento, rosso — ELE-005, ELE-006
- 1 × Cavo di collegamento, nero — ELE-007, ELE-008
- 2 × morsetti a coccodrillo — ELE-009
- 1 × Elettrodo in rame — CHE-018
- 1 × Elettrodo di zinco — CHE-017
- Coperchi per celle di prova — CHE-021
- Bicchiere da laboratorio da 50 ml — CHE-002
Sostanze chimiche e reagenti
- Soluzione di nitrato di potassio, 1 M — R:8
- Soluzione di cloruro di sodio 1 M
Domande per gli studenti
- Annotare la tensione e descrivere eventuali variazioni nella misurazione.
- Commenta i tuoi risultati. Ci sono differenze tra le due misurazioni?
Cosa aspettarsi
Si rileva una tensione di circa 1 V, ma dopo poco tempo la tensione diminuisce rapidamente. Quando gli elettrodi si polarizzano, il processo rallenta; i risultati ottenuti nelle due soluzioni sono simili.
Smaltimento
Smaltire le soluzioni nel contenitore per i rifiuti.
Prova a fare questo esperimento in classe
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