La cella di Daniell

Allestire delle celle galvaniche di rame e zinco con due diverse concentrazioni delle soluzioni di sali metallici e misurarne la differenza di potenziale.

La scienza alla base di questo esperimento

Attrezzatura utilizzata

Sostanze chimiche e reagenti

Domande per gli studenti

Cosa aspettarsi

La tensione rilevata è compresa tra 1,09 e 1,1 V in ciascun esperimento, anche se le concentrazioni sono diverse. Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu + 0,34 V; Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn⁻ + 0,76 V. La tendenza dello zinco a perdere elettroni e a produrre ioni è maggiore di quella del rame, per cui sull’elettrodo di zinco si avrà una maggiore concentrazione di elettroni. Una volta completato il circuito, gli elettroni fluiranno dal metallo con la concentrazione (potenziale) più elevata a quello con la concentrazione più bassa. Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ (processo di ossidazione; anodo –) Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (processo di riduzione; catodo +). È importante ricordare che il catodo è il punto in cui avvengono le riduzioni, mentre l’anodo è quello in cui avvengono le ossidazioni. In queste celle, si utilizza un processo chimico per ottenere una corrente elettrica. Esiste un altro tipo di cella, la cella elettrolitica, in cui l’applicazione di una tensione continua produce un processo chimico. Gli elettrodi sono ancora chiamati anodo e catodo, ma, in questo caso, l’anodo (dove la reazione è sempre il processo di ossidazione) è il polo positivo, mentre il catodo (dove la reazione è sempre la riduzione) è il polo negativo. Quando un conduttore collega i due elettrodi, gli elettroni possono attraversarlo (cioè si genera una corrente) partendo dallo zinco e raggiungendo l’elettrodo di rame per neutralizzarne le cariche positive (riduzione degli ioni rame e produzione di rame metallico). Poiché gli elettroni vengono sottratti dall’elettrodo di zinco, per ristabilire l’equilibrio nuovi ioni zinco entreranno in soluzione; tuttavia, La reazione si arresterebbe ben presto perché la soluzione di zinco diventerebbe sempre più positiva e quella di rame sempre più negativa; tuttavia, il ponte salino consente agli elettroni di fluire tra le due soluzioni. A causa di queste reazioni, l’elettrodo di zinco (quello negativo, dove avviene il processo di ossidazione, detto anche anodo) si assottiglia gradualmente, mentre l’elettrodo di rame (quello positivo, dove avviene il processo di riduzione, detto anche catodo) si ispessisce. Come ogni batteria, anche questo tipo ha una durata limitata. Gli elettrodi subiscono reazioni chimiche che bloccano il flusso di elettricità. La forza elettromotrice diminuisce e la batteria smette di funzionare. Di solito, ciò che accade è che la produzione di idrogeno sull’elettrodo di rame e l’accumulo di depositi di ossidi sull’elettrodo di zinco agiscono entrambi come barriere tra i metalli e gli elettroliti. Questo fenomeno è noto come polarizzazione degli elettrodi. Per ottenere una maggiore durata e tensioni e intensità di corrente più elevate, è necessario utilizzare elettroliti più adatti allo scopo. Le batterie in commercio, oltre al normale elettrolita, contengono sostanze chimiche con affinità per l’idrogeno che si legano a quest’ultimo prima che possa polarizzare gli elettrodi.

Smaltimento

Smaltire le soluzioni nel contenitore per i rifiuti.

Prova a fare questo esperimento in classe

Questo esperimento fa parte di ATP Volta, un laboratorio scientifico mobile autonomo che trasforma una normale aula in un vero e proprio laboratorio STEM, con oltre 200 esperimenti di fisica, chimica, biologia, robotica e ingegneria. Gali, il tutor basato sull’intelligenza artificiale integrato in ATP Connect, guida gli studenti in ogni fase e risponde alle loro domande direttamente al banco di lavoro.

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