Elettrochimica

L'elettrochimica è la branca della chimica che si occupa di studiare tutti quei fenomeni che avvengono quando un sistema chimico viene attraversato da una corrente elettrica, o che consentono a un sistema chimico di generarne. Le trasformazioni coinvolte sono redox, che avvengono nelle celle elettrochimiche. Queste si distinguono in:

• celle galvaniche (aka. voltaiche i.e. pile): reazione redox spontanea, che genera energia elettrica convertendo l'energia chimica
• celle elettrolitiche: reazione redox indotta tramite energia elettrica, che viene trasformata in energia potenziale chimica

La pila, o cella galvanica (o voltaica) è un generatore elettrico costituito da due semicelle in cui avviene una reazione di ossidoriduzione spontanea. Nella pila di Daniell, uno dei più noti modelli di pila, in cui gli ioni $\ce{Cu2+}$ reagiscono con $\ce{Zn}$, vi sono due semicelle, contenenti ciascuna un elettrodo in una soluzione salina. La cella di ossidazione contiene una lamina di zinco immersa in un suo sale (ad es. $\ce{ZnSO4}$ con concentrazione 1M), l'altra contiene una lamina di rame anch'essa in una soluzione acquosa di un suo sale (es. $\ce{CuSO4}$ 1M). Le due lamine sono collegate da un conduttore interrotto da un carico elettrico capace di creare una resistenza (ad esempio un misuratore di corrente/tensione), e tra le due semicelle, per consentire il passaggio degli ioni, vi è un tubo di vetro a forma di «U» contenente una soluzione salina particolarmente concentrata/satura (ad es. $\ce{KNO3}$ o $\ce{KCl}$, che permette a piccole particelle come ioni di passare, ma impedisce il rimescolamento delle due soluzioni presenti nelle due semicelle; questo canale prende il nome di ponte salino.

La reazione di ossidoriduzione che avviene è:

$\ce{Zn_{(s)} + Cu^{2+}_{(aq)} <=>[{spontanea}][{non\ spontanea}] Zn^{2+}_{(aq)} + Cu_{(s)} }$

Il principio di funzionamento dettagliato è il seguente:

1. Lo zinco metallico (n.o. = 0) si ossida, cedendo elettroni alla soluzione e diventando ione $\ce{Zn^{2+}}$
2. Tramite il filo conduttore, gli elettroni arrivano nell'altra semicella e vengono recepiti dagli ioni Cu, che si riducono ad atomi di rame metallico
3. Gli ioni $\ce{Cl-}$ del ponte salino compensano l'eccesso di ioni $\ce{Zn^{2+}}$ presenti nella soluzione 1, quelli $\ce{K+}$ compensano gli ioni $\ce{Cu^{2+}}$ mancanti e i $\ce{SO4^{2-}}$ in eccesso