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Nozioni d'elettrochimica | |
Giustificazione qualitativa del funzionamento di una pila | |
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Si è detto che la differenza di potenziale elettrico tra le armature del micro condensatore quando il sistema è in equilibrio dinamico è detta potenziale assoluto d'elettrodo e che essa misura della tendenza di un metallo a passare in soluzione. Tanto maggiore è la quantità di elettroni che si accumulano sulla superficie del solido, tanto maggiore sarà il valore del potenziale assoluto d'elettrodo. Questo equilibrio dinamico si esprime con la scrittura Me <=> Mez+ + ze-.
E' allora evidente che se per esempio vengono in qualche modo sottratti elettroni dalla superficie del metallo, l'equilibrio dinamico viene perturbato e il sistema reagisce in modo tale da contrastare la causa perturbatrice così da ripristinare il doppio strato elettronico. In questo caso il sistema fa passare maggiori atomi in soluzione come ioni compensando la perdita di elettroni.
Se invece vengono aggiunti elettroni dalla superficie del metallo il sistema reagisce facendo ritornare sul solido gli ioni metallici in soluzione in modo tale da compensare l'eccesso di elettroni. La reazione del sistema cessa quando viene raggiunta una nuova situazione di equilibrio dinamico caratterizzata da una diversa uguaglianza tra la tensione di dissoluzione da un lato e la pressione osmotica e l'attrazione elettrostatica tra le armature del micro condensatore dall'altro.
Il funzionamento delle pile è basato proprio sulla ricerca del sistema di una condizione d'equilibrio (minima energia). Quando il circuito elettrico è interrotto, ciascuna semicella è in una situazione d'equilibrio dinamico caratterizzato da una certo potenziale assoluto d'elettrodo. Mettendo la pila in funzione (ripristinando cioè la continuità elettrica del circuito), le due semicelle si trovano ora unite e, poiché hanno "forze" diverse, cioè sono caratterizzate da diversi valori del potenziale assoluto d'elettrodo, entrambe cercheranno di raggiungere un nuovo equilibrio dinamico. In una semicella il sistema produce elettroni e nell'altra questi elettroni, dopo esser stati utilizzati come corrente elettrica per fare lavoro, vengono consumati per attuare il processo di riduzione da ione a metallo. La pila cessa di funzionare (è "scarica") quando le forze delle semicelle si equivalgono e hanno quindi raggiunto una situazione d'equilibrio dinamico complessivo.