La pila di Volta
Per illustrare un altro metodo per generare una differenza di potenziale tra due elettrodi, si misurerà la tensione di una singola pila di Volta e poi quella di due pile di Volta collegate in serie.
La scienza alla base di questo esperimento
Nel 1799 Alessandro Volta descrisse per la prima volta una pila galvanica. La differenza tra la pila di Volta e quella di Daniell consiste nel fatto che, sebbene entrambe siano costituite da rame e zinco, nella pila di Volta le soluzioni presenti in entrambe le semicelle sono costituite da acido solforico diluito.
Lo zinco reagisce con l’acido solforico diluito formando solfato di zinco e idrogeno. L’ossidazione dello zinco, che si dissolve e produce ioni, consente la riduzione degli ioni idrogeno in idrogeno molecolare secondo le seguenti equazioni.
Il collegamento degli elettrodi tramite un filo permette agli elettroni di fluire dallo zinco al rame. Quando gli elettroni raggiungono la superficie del rame, riducono gli ioni idrogeno, producendo bolle sull’elettrodo di rame. La formazione di una pellicola di idrogeno molecolare sulla superficie degli elettrodi provoca una diminuzione della tensione nella cella voltaica e la isola così dagli ioni idrogeno presenti nella soluzione.
Attrezzatura utilizzata
- Multimetro digitale — ELE-001
- 1 × Cavo di collegamento, rosso — ELE-005, ELE-006
- 2 × Cavi di collegamento, neri — ELE-007, ELE-008
- 4 morsetti a coccodrillo — ELE-009
- 2 elettrodi in rame — CHE-018
- 2 elettrodi di zinco — CHE-017
- 2 × Coperchi per celle di prova — CHE-021
Sostanze chimiche e reagenti
- Acido solforico 0,5 M — R:35 S:26-30-45
Domande per gli studenti
- Registrare le tensioni misurate per una singola cella, due celle in serie e due celle in parallelo.
- Dove si verifica un’evoluzione del gas? Di quale gas si tratta?
- Cosa succede quando si scaricano le celle? Perché?
Cosa aspettarsi
Per una singola cella e per due celle collegate in parallelo la tensione è di circa 1,05 V, ma scende rapidamente a circa 0,90-0,95 V. La tensione misurata per un collegamento in serie (circa 1,8 V) è la somma delle tensioni di ciascuna cella. Sull'elettrodo di zinco gli ioni idrogeno vengono ridotti a idrogeno. Durante l'osservazione l'elettrodo di zinco produce bolle. Anche in questo secondo esperimento l’elettrodo di zinco produce bolle di idrogeno. Dopo questa operazione compaiono bolle non solo sull’elettrodo di zinco, ma anche su quelli di rame. Gli elettroni fluiscono verso gli elettrodi di rame e gli ioni idrogeno vengono ridotti anche su questi elettrodi. La presenza nel circuito di uno strumento di misura (voltmetro) con un’elevata resistenza ostacola il passaggio degli elettroni, cosicché la riduzione degli ioni idrogeno avviene quasi interamente sull’elettrodo di zinco, poiché la quantità di elettroni che raggiunge l’elettrodo di rame è molto ridotta.
Smaltimento
Smaltire la soluzione nel contenitore per i rifiuti.
Prova a fare questo esperimento in classe
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