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SCARICARE ELETTROCHIMICA PILA


    Quaderni di Analisi Chimica Strumentale: Elettrochimica (vVII) pag. 1. - quaderni che la pila è scarica e la cella è in condizioni di equilibrio: E = Ecatodo. ELETTROCHIMICA scarica) a un elettrodo è proporzionale alla quantità di elettricità che passa nella cella Celle galvaniche primarie (non ricaricabili): PILE. Celle galvaniche o pile. Processi ossidoriduttivi L'elettrochimica studia l' impiego di energia elettrica per promuovere reazioni non spontanee e Al catodo si scarica per prima la coppia con il potenziale di riduzione meno negativo (più. Una pila è costruita mediante la separazione fisica della reazione chimica nelle La differenza di potenziale prodotta da una cella elettrochimica si chiama voltaggio . Quando la pila si scarica completamente DE=0, questo significa, in altri. Nacque così l'elettrochimica, quella parte della chimica che studia i processi, . rifica durante il normale funzionamento della pila (fase di scarica), collegandola.

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    Inoltre Zn e MnO2 non sono adesso a contatto divisi dal separatore e quindi non reagiscono tra di loro quando la pila è a riposo non si scarica a riposo. Infine non c'è consumo del contenitore della pila e quindi non ci sono perdite. La pila alcalina ha permesso quindi il superamento di tutti i limiti della pila zinco-carbone, sostituendola gradualmente sul mercato.

    L'unico svantaggio è il maggior costo. Usi: torce elettriche, giocattoli, strumenti elettrici ed elettronici vari Vantaggi: tempo di vita più lungo a riposo, nessuna caduta di tensione anche ad elevata intensità di corrente erogata, nessuna perdita Pile zinco-aria[ modifica modifica wikitesto ] Alcune batterie zinco-aria.

    Furono poi perfezionate e ridotte di volume negli anni ' Oggi le più comuni batterie zinco-aria hanno la dimensione e forma di un bottone e sono utilizzate per apparecchi acustici da applicare all' orecchio dei non udenti , per misuratori di telemetria cardiaci ed altri apparecchi medici.

    Questa trasformazione comporta diminuzione di densità. La scarica comporta la solfatazione delle piastre positive e negative teoria della doppia solfatazione.

    Tale solfatazione è reversibile ed è possibile procedere alla ricarica della batteria se eseguita al termine del processo di scarica, altrimenti, dopo alcuni giorni diventa irreversibile.

    Pila Daniell

    La carica della batteria avviene inviando corrente continua in senso opposto a quello di scarica. La corrente provoca sulle piastre le trasformazioni chimiche descritte precedentemente. Essendo tale valore non utilizzabile nelle applicazioni pratiche, vengono impiegate piùcelle in serie, sommando quindi le singole tensioni.

    La scarica si effettua finché la batteria non assume il valore di tensione di 10,5 volt. Per esempio, Le pile miste, infine, sono formate da due semielementi elettrodi di tipo differente: Se le pile hanno rivestito una particolare importanza nello sviluppo della comprensione della struttura delle soluzioni elettrolitiche, non meno rilevante è stato l'uso delle pile quali fonti di energia elettrica. Sotto questo punto di vista le batterie si possono suddividere in primarie e secondarie.

    Le batterie primarie corrispondono alle pile descritte come irreversibili, cioè con durata limitata nel tempo; le batterie secondarie corrispondono a quelle descritte come reversibili che possono cioè essere usate come accumulatori. Fino agli inizi degli anni Settanta la richiesta di batterie primarie veniva interamente soddisfatta dalle batterie tipo Leclanché, mentre la richiesta di accumulatori veniva soddisfatta dalle batterie a piombo e dagli accumulatori alcalini al ferro-nichel.

    Lo sviluppo tumultuoso dell'elettronica e dei transistor ha portato alla realizzazione di sistemi elettrici sempre più piccoli che richiedono batterie di dimensioni adeguate, di sicura affidabilità, di lunga durata e di tensione costante nel tempo. Le pile, quindi, possono distinguersi per dimensione e in funzione degli usi. Per molti usi devono permettere una scarica a bassa ma costante intensità e nello stesso tempo, in caso di emergenza, fornire intensità più elevate per esempio, nei casi di fibrillazione questa caratteristica garantisce il funzionamento del pacemaker.

    Le pile a elettrodo di litio sono quelle più adatte per le esigenze richieste. Le pile per oggetti portatili di tipo Leclanché, insieme alle batterie Ruben-Mallory Zn-HgO, sono quelle in linea di massima più usate.

    Relazione esperimento pila di daniell

    In molti casi per oggetti costosi telefoni portatili, giocattoli sofisticati o radiocomandati, rasoi elettrici, trapani elettrici si usano anche pile ricaricabili piccoli accumulatori alcaline al nichel- cadmio o al ferro-ossido di nichel. Le batterie per avvio di motori più usate sono gli accumulatori al Pb, confezionati a chiusura ermetica, destinate alle automobili, mentre negli aerei vengono usate preferibilmente batterie al nichel-cadmio.

    Le batterie per trazione sono invece le più studiate per i vantaggi della trazione elettrica rispetto a quella tradizionale a carburante; le batterie per trazione permettono al veicolo velocità, facilità di rifornimento e autonomia, paragonabili a quelli raggiunti nei veicoli con motore a scoppio. Il vantaggio più grande della trazione elettrica è l'assenza di gas di scarico inquinanti l'atmosfera.

    Nonostante i progressi raggiunti la trazione elettrica a batterie è limitata a veicoli che non debbano percorrere lunghe distanze e raggiungere elevate velocità. Anche il rifornimento di tali veicoli, che corrisponde alla ricarica delle batterie, è molto più lungo rispetto ai rifornimenti di carburanti che si effettuano in pochi minuti. La ricerca in questo campo è attiva in tutti i Paesi. Per quanto riguarda le batterie stazionarie, queste hanno una elevata capacità e sono del tipo al Pb.

    Le batterie per livellare i carichi, infine, sono indispensabili tutte le volte che devono sostituire gli alti e i bassi dei consumi in centrali idroelettriche , o in qualsiasi tipo di centrale nella quale si hanno dei picchi di carico durante le ore della giornata o tra il giorno e la notte. In questo tipo di pile è possibile una combinazione diretta del combustibile e del comburente senza cicli intermedi di combustione con simultanea produzione di energia elettrica.

    I tipi più moderni di pile a combustione usano aria della quale utilizzano l'ossigeno, mentre l'idrogeno lo ricavano dagli idrocarburi che nella stessa pila lo forniscono attraverso processi di cracking o di reforming. Generalmente le nuove pile a combustione vengono classificate in base all'elettrolita usato acido fosforico o carbonato fuso e in base al combustibile metano , nafta , liquidi derivati del petrolio e dal carbone, carbone.

    La tecnologia delle pile a combustione, usate in campo aerospaziale, è stata sviluppata intensivamente mirando ad applicazioni terrestri di tipo industriale, militare e per autotrazione, allo scopo di poter fornire una valida alternativa alle fonti tradizionali per la produzione di energia elettrica.

    Le principali caratteristiche degli impianti basati su queste pile sono: alta efficienza in un'ampia banda di carichi, indipendentemente dalle dimensioni; bassa immissione di sostanze inquinanti nell'ambiente esterno; rapidità di installazione; funzionamento silenzioso; possibilità di installazione nei luoghi stessi in cui l'energia deve essere consumata.

    Le pile a combustione sono divenute economicamente convenienti per la massima richiesta di energia elettrica, come centrali ausiliarie. Elettrochimica: pile a combustibile biologico Le pile a combustibile biologico ancora in fase di studio, usano come combustibile e come ossidante, rispettivamente, i carboidrati , principalmente il glucosio presente nel sangue e l'ossigeno molecolare disciolto nel fluido interstiziale delle cellule. La reazione chimica è favorita dalla presenza sugli elettrodi del platino che funge da catalizzatore al posto degli enzimi.

    La membrana costituente l'involucro del supporto meccanico della pila dovrà essere costituita da sostanze compatibili con i tessuti con i quali essa è a contatto e, per questo, si dovrà usare prevalentemente gomma al silicone silastic o materiali consimili.

    Allo stadio attuale delle ricerche le pile a combustibile biologico possono essere prese in considerazione solo per l'azionamento di pacemaker.

    L'elettrolita è una soluzione di solfato di cadmio, il polo negativo è costituito da un amalgama di cadmio e mercurio e quello positivo da mercurio e solfato di mercurio. La pila viene montata in un recipiente di vetro a forma di H e rinchiuso in una custodia, curando al massimo l'isolamento dei due poli, i cui terminali esterni sono di platino.

    Molte altre ossidazioni e riduzioni organiche sono ottenute per via elettrolitica su piccola scala industriale. In alcune di esse si usa un sistema intermediario inorganico di ossidoriduzione: è quest'ultimo che, in realtà, reagisce all'elettrodo, mentre la reazione desiderata è completata come processo omogeneo.

    La natura specifica delle reazioni elettrolitiche, insieme al fatto che altri reagenti possono spesso essere esclusi, le rende adatte alla preparazione di prodotti puri; c'è quindi da aspettarsi un'espansione dell'elettrochimica industriale in questa direzione. Finitura e lavorazione dei metalli I metodi elettrochimici vengono utilizzati per preparare metalli. La deposizione di un oggetto metallico completo è chiamata elettroformatura ed è usata per produrre lamine sottili, reticelle, tubi o bande senza giunzioni, e oggetti più complessi, come le guide d'onda.

    Gioielli e medaglie d'argento e d'oro sono formati in questo modo, ma la maggior parte dell'elettroformatura è eseguita con nichel.

    La quantità di metallo depositata nell'elettroplaccatura è di gran lunga minore di quella depositata nell'elettroformatura.

    Generalmente, l'applicazione di uno strato sottile serve per ottenere proprietà di superficie migliori, senza un grande aumento dei costi. Esempi tipici sono la cromatura che, generalmente, consiste nella deposizione di uno strato di cromo molto sottile su uno strato di nichel più spesso e la placcatura in oro di contatti di molti componenti elettronici, di conduttori nelle tavole dei circuiti e di alcuni condensatori.

    Per assicurare una buona aderenza, l'elettroplaccatura deve essere effettuata su una superficie pulita e questa sovente è ottenuta elettroliticamente.

    Spesso, il processo comincia con la deposizione di un monostrato di atomi, seguita da nucleazione e crescita degli strati successivi. Gli aspetti fondamentali di questi processi sono stati molto studiati e la loro cinetica è stata analizzata in termini di stadi elementari. Questo tipo di analisi dev'essere fatto in condizioni accuratamente controllate, che sono piuttosto lontane da quelle di un bagno di placcatura pratico, dove l'obiettivo è generalmente quello di formare sull'oggetto un deposito microcristallino uniforme, spesso rifinito con una lucidatura a specchio.

    La capacità di un bagno di placcatura di formare un deposito uniforme è chiamata potere ricoprente. Un bagno con buon potere ricoprente darà un deposito uniforme su un oggetto di forma complessa. In linea di principio, una densità di corrente uniforme si ottiene lavorando sulla parte della curva corrente-potenziale che è quasi piatta , dove la densità di corrente è indipendente dal potenziale, cosicché una distribuzione di potenziale complessa su un oggetto, per esempio a spirale, condurrà a un deposito uniforme.

    Sebbene questo risultato possa essere ottenuto lavorando in condizioni limitate dalla diffusione, spesso non si ottiene una buona forma di deposito, ma vengono prodotti dendriti o polveri: un maggior successo si consegue con l'uso preliminare di una reazione chimica, come la dissociazione di un complesso. Frequentemente, si usano complessi cianidrici e allo stesso tempo agenti tensioattivi, allo scopo di modificare le condizioni della deposizione, per adsorbimento sulla superficie.

    Di solito, questi tensioattivi sono realizzati empiricamente per ottenere lucentezza, livellamento, compensazione degli sforzi nel deposito e per facilitare la rimozione di idrogeno, che, altrimenti, potrebbe formare bolle aderenti alla superficie.

    Si tratta, generalmente, di molecole organiche associate a gruppi contenenti zolfo, che le rendono capaci di attaccarsi alla superficie dell'elettrodo.

    In alcuni casi, le leghe possono essere elettroplaccate controllando attentamente le condizioni del potenziale e la composizione del bagno.

    Oggetti non metallici possono essere placcati dopo essere stati rivestiti di un materiale conduttore, come la grafite. Il trattamento anodico di un metallo ha come risultato la formazione di una pellicola protettiva.

    Pile a concentrazione, calcolo della f.e.m. e del Kps

    Sottili pellicole di ossido proteggono metalli come l'alluminio e il cromo, il che spiega la loro stabilità nell'uso quotidiano. Molti oggetti d'alluminio e di sue leghe sono trattati in questo modo, migliorandone l'aspetto e aumentandone la resistenza alla corrosione.

    L'esempio più noto è l'arrugginimento del ferro. Sebbene la reazione complessiva possa essere scritta nella forma di una reazione chimica, già Davy si accorse che essa è la somma di due reazioni elettrochimiche, come la reazione in una cella elettrochimica.

    In generale, questo fenomeno è noto come corrosione per azione locale. In condizioni di stato stazionario, si stabilisce un potenziale stazionario noto come potenziale misto. Questo concetto fu introdotto contemporaneamente, nel , da Alexander N.

    Frumkin e da Louis P. Hammett e Arthur E. Lorch, per spiegare la cinetica di dissoluzione di amalgami di metalli alcalini; fu poi sviluppato, nel , da Carl Wagner e Wilhelm Traud e applicato alle reazioni di corrosione in generale.

    Questa è la ragione della stabilità dell'alluminio e del magnesio in molti ambienti, a dispetto della loro alta reattività. Il ferro, d'altro canto, è meno reattivo, ma l'ossido ruggine che si forma è normalmente poroso, conduttore e poco aderente, sebbene in certe condizioni possa accrescersi in una forma aderente come una pellicola sottile, rendendo il ferro passivo.

    Questa spiegazione fu data da Faraday e, sebbene molto contestata, essa si è rivelata corretta. Il cromo forma una pellicola passiva migliore e la presenza di una piccola quantità di cromo nel ferro con nichel conferisce le sue proprietà protettive all'acciaio inossidabile. L'uso di pellicole protettive passive o di vernice oppure di un altro metallo rame, zinco , è uno dei modi per ritardare o prevenire la corrosione.

    Questo e altri tipi di inomogeneità causano corrosione per vaiolatura o corrosione interstiziale. L'uso dello zinco nella galvanizzazione è un modo per combattere questi fenomeni: se avviene la perforazione, lo zinco agisce da anodo di sacrificio, mentre il ferro esposto funge da zona catodica. Un'alternativa è quella di usare un potenziale più positivo, per formare una pellicola passiva anodicamente. Le condizioni generali per la corrosione possono essere predette su base termodinamica, in quanto questa fornisce informazioni riguardo gli intervalli di potenziale e di composizione dell'ambiente nei quali il metallo è stabile.

    Queste previsioni furono chiaramente riassunte da Marcel Pourbaix nei diagrammi potenziale-pH, che forniscono un utile punto di partenza per una discussione sulla corrosione, ma, naturalmente, non prendono in considerazione la cinetica delle reazioni; inoltre, le condizioni reali sono generalmente molto più complesse di quelle rappresentate nei diagrammi di Pourbaix.

    La tecnica dettagliata della corrosione rimane un fatto sperimentale, necessario per una comprensione teorica del fenomeno.

    Bioelettrochimica Molti processi biologici fondamentali possono essere considerati sostanzialmente elettrochimici, poiché implicano trasferimento di carica alle interfacce, sebbene non comportino sempre lo stesso tipo di cambiamento del portatore di carica, tipico delle reazioni discusse sopra.

    Le interfacce sono membrane, la cui struttura è complessa. Esse consistono, tipicamente, di uno strato bimolecolare di fosfolipidi, in cui le catene idrocarburiche idrofobe sono dirette all'interno e i gruppi fosfolipidici idrofili formano le due superfici esterne. In questa struttura sono inserite le proteine e altre grandi molecole, che svolgono le funzioni specifiche della membrana. Strutture simili sono state prodotte artificialmente e sono conosciute come membrane lipidiche a doppio strato o BLM Bilayer lipid membranes.

    Ne è un esempio tipico la gramicidina A, un peptide con struttura a elica e con la parte esterna lipofila, per cui è stabile nella membrana.

    Se l'elica è orientata con il suo asse perpendicolare al piano della membrana, gli ioni possono passare lungo quest'asse e attraversare la membrana. La gramicidina A, in effetti, permette il trasferimento di protoni preferenzialmente rispetto ad altri ioni monovalenti. Questo è il cosiddetto trasporto passivo. In molte situazioni biologiche, tuttavia, il trasporto sembra avvenire contro un gradiente di concentrazione o di potenziale e viene allora chiamato trasporto attivo.

    Questi processi sono catalizzati da enzimi. L'energia deriva originariamente dall'ossidazione di materiale organico durante la respirazione.

    Se questa ossidazione coinvolgesse direttamente l'ossigeno molecolare respirato dall'organismo, l'energia sarebbe trasformata in calore e non sarebbe, quindi, disponibile per promuovere altri processi. Una serie di reazioni accoppiate di ossidoriduzione, che formano una catena trasportatrice di elettroni, si verifica nella membrana interna di un organulo una regione specializzata della cellula , chiamato mitocondrio. Secondo Peter D. Mitchell, l'energia prodotta viene immagazzinata sotto forma di un'aumentata attività dei protoni nei mitocondri.

    Una serie quasi simile di reazioni avviene nella fotosintesi, ma in questo caso, naturalmente, l'energia iniziale è fornita dalla luce incidente. Questa viene assorbita dalla clorofilla con formazione di una coppia elettrone-lacuna, che viene poi separata, tramite reazione con sistemi adiacenti di ossidoriduzione, in un organulo chiamato tilacoide. Ci sono 2 fotosistemi paralleli ed è richiesto un totale di 4 quanti di luce per ridurre ogni molecola di CO2.

    Molte delle molecole singole coinvolte in queste catene trasportatrici di elettroni sono state studiate con tecniche elettrochimiche, nel tentativo di capire i dettagli di questi processi estremamente complessi, che sono ancora oggetto di molte discussioni. Dal tempo di Galvani si conosce l'intima relazione fra l'attività neuromuscolare e l'elettricità.

    Si sospettava che un qualche tipo di conduzione fosse responsabile della propagazione dell'informazione attraverso i nervi. La spiegazione fu trovata in seguito a esperimenti effettuati verso la metà del XX sec.