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CONCENTRAZIONE A PILA SCARICA

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    Contents
  1. More stuff
  2. Celle Elettrochimiche
  3. StudiaFacile : La comprensione e il controllo delle trasformazioni chimiche
  4. L'ELETTROCHIMICA

Le pile a concentrazione sono pile in grado di erogare corrente elettrica sfruttando due semicelle galvaniche contenenti la medesima specie chimica a due. la fem non ho avuto problemi a calcolarla, ora però mi viene chiesto di calcolare la concentrazione degli ioni A^- a pila scarica. le uniche. La pila si scarica quando C1 = C2 e pertanto durante il suo funzionamento, la concentrazione degli ioni contenuti nella soluzione più diluita. Possiamo calcolare la concentrazione degli ioni H+ mediante la formula Durante la scarica della pila il potenziale catodico diminuisce.

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L'elettrochimica tratta le trasformazioni chimiche che si verificano al passaggio di corrente elettrica in un elettrolita fuso o disciolto in un solvente, e i fenomeni chimici che producono una differenza di potenziale tra due elettrodi.

I fenomeni del primo tipo, nei quali si verifica una trasformazione chimica a spese dell'energia elettrica assorbita, prendono nel loro insieme il nome di elettrolisi. Quelli del secondo tipo, che vengono es. L'elettrochimica ha grande importanza pratica: es. La pila.

Le due reazioni agli elettrodi sono:. La reazione totale comporta il trasferimento di carica corrispondente al passaggio di due elettroni alle due interfacce; inoltre è una reazione spontanea che, quando avviene in una comune bevuta aggiungendo dello zinco ad una soluzione di solfato di rame provoca il passaggio in soluzione dello zinco e la formazione di rame metallico; la reazione in questo caso trasforma l'energia chimica D G in calore mentre quando avviene in una pila l'energia chimica si trasforma quasi totalmente in energia elettrica.

In corrispondenza nel circuito elettrico esterno si ha un passaggio di una quantità di elettricità corrispondente a quella trasportata dagli elettroni e cioè In questo caso si ha un'unica soluzione elettrolitica e i due elettrodi sono costituiti da zinco e rame metallico.

Le reazioni elettrochimiche sono:. Nell'uso comune una batteria di p. Poiché la differenza di potenziale della pila di Volta è di circa 1V, l'intera batteria darà alle due estremità la differenza di potenziale di n V. Per avere una sorgente portatile di energia elettrica bisogna attendere fino al quando l'elettrochimico Georges Leclanché costruisce una pila non polarizzabile.

Le reazioni elettrochimiche che avvengono sono:. La reazione elettrochimica è eguale a quella della pila di Volta, ma il biossido di manganese reagendo con l'idrogeno agisce da depolarizzante riducendosi a ossido di manganese mentre lo zinco forma un complesso con il cloruro di ammonio; la reazione totale pertanto è quella sottoindicata che comporta una differenza di potenziale di 1,5 V.

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La pila Leclanché e tutte le pile che non necessitano della presenza dell'elettrolita liquido vengono denominate pila o batterie a secco.

Le pila a secco Leclanché, nelle loro differenti forme di realizzazione sono ancora oggi usate accanto alle batterie alcaline.

Collegando in serie due o più elementi Leclanché si ottengono batterie a secco, di voltaggi multipli di 1,5 ,, e 12 V oggi utilizzate in piccole apparecchiature elettriche portatili torce, radio, rasoi, trapani, giocattoli, ecc. Mentre per molte applicazioni sono necessarie batterie di piccole dimensioni, di lunga durata, utilizzabili con basse intensità di corrente batterie per orologi, per pacemakers, per apparecchi acustici, ecc.

I processi elettrochimici e le pila finora descritti sono processi irreversibili, cioè una volta che hanno trasformato l'energia chimica in energia elettrica non possono essere rigenerati per ricostituire il sistema chimico originario.

Conseguentemente le batterie a secco dopo un certo tempo di utilizzazione si esauriscono e devono essere buttate. Contemporaneamente alla p. Leclanché fu allora studiata e messa a punto una p. Una pila o batteria di questo tipo costituisce un accumulatore elettrico.

L'accumulatore a piombo messo a punto nel dal fisico Gaston Planté è ancora oggi usato per carichi elettrici elevati cioè per essere utilizzato con elevate intensità di scarica.

Il solfato di piombo, che è praticamente insolubile in acido solforico, si deposita sugli elettrodi durante la scarica della batteria. Per aumentare l'interfaccia elettrodo soluzione le superfici delle lastre di piombo sono spugnose in modo da presentare delle cavità entro cui diffonde l'elettrolita.

La tensione di esercizio dell'accumulatore al piombo è di circa 2V e poiché l'alimentazione dei circuiti elettrici delle auto è di 12V una batteria per auto è formata da 6 elementi. Nella storia dello sviluppo industriale e della comprensione della struttura delle soluzioni e, in misura minore, dei solidi, la pila elettrica ha avuto un ruolo fondamentale.

Le pile che più frequentemente sono state usate a questo scopo sono le pile tipo Daniell, le pile a gas, le pile a concentrazione, le pile ad amalgama, le pile ibride.

Pile tipo Daniell:. Possono essere rappresentate dallo schema della pila Daniell con elettrodi di metalli differenti. Pile a gas :. Sono costituite da due elettrodi indifferenti sui quali si fa gorgogliare il gas elettrodi a gas. Per es. Pile a concentrazione:. Sono costituite da due elettrodi eguali immersi in due soluzioni dello stesso elettrolita a concentrazione differente. In questo tipo di pila il lavoro elettrico viene compiuto dal lavoro osmotico del nitrato di argento nel passaggio dalla soluzione più concentrata c 1 a quella più diluita c 2.

Sono costituite da due elettrodi indifferenti immersi in amalgami di uno stesso metallo a concentrazione differente o in amalgami di metalli differenti. Formate da due semielementi elettrodi di tipo differente:. Se le p.

Sotto questo punto di vista le batterie si possono suddividere in primarie e secondarie. Le batterie primarie corrispondono alle p. 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 che verranno in seguito descritti.

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 miniaturizzate , usate per orologi, pacemakers , auricolari, ecc.

Per molti usi devono permettere una scarica a bassa ma costante intensità e nello stesso tempo, in caso di emergenza, fornire intensità più elevate p. Le pile per oggetti portatili di tipo Leclanché, insieme alle batterie Ruben-Mallory Zn-HgO, sono oggi quelle più usate.

In molti casi per oggetti costosi telefoni portatili, giocattoli sofisticati o radiocomandati, rasoi elettrici, trapani elettrici si usano anche p. Le batterie per avvio di motori più usate sono gli accumulatori al Pb che negli ultimi anni sono confezionati a chiusura ermetica.

Celle Elettrochimiche

Il loro prezzo è abbastanza basso in conseguenza della larga produzione destinata alle automobili. Negli aerei vengono usate preferibilmente batterie al nichel-cadmio. Le batterie per trazione sono quelle oggi più studiate per i vantaggi della trazione elettrica rispetto a quella tradizionale a carburante; le batterie per trazione devono permettere al veicolo velocità, facilità di rifornimento e autonomia paragonabili a quelli oggi 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 oggi 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. Le batterie stazionarie devono avere una elevata capacità e sono del tipo al Pb. Le batterie per livellare i carichi sono indispensabili tutte le volte che devono sostituire gli alti e 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.

StudiaFacile : La comprensione e il controllo delle trasformazioni chimiche

Nella stessa tabella sono elencate alcune batterie speciali le quali si differenziano in qualche modo per il meccanismo di generazione dell'energia elettrica o per i particolari usi a cui sono destinate e di esse vengono riportate le principali caratteristiche. Pile a combustibile o a combustione in inglese " fuel cells " :. 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.

Pile a combustibile o a combustione in inglese "fuel cells" : 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 pila 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.

L'ELETTROCHIMICA

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 già oggi economicamente convenienti nelle ore di massima richiesta di energia elettrica, come centrali ausiliarie. In futuro, il perfezionamento dei processi industriali di gassificazione del carbone renderà il costo dell'energia prodotta da centrali autonome competitivo con quello delle centrali a carbone.

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 p. Le pile campione forniscono in opportune condizioni, una forza elettromotrice costante da utilizzare come elemento di confronto, quando si devono eseguire misure di forze elettromotrici o di differenze di potenziale. 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. Se si impiegano materiali molto puri, la forza elettromotrice fornita è un campione preciso a meno di V; se la pila è ben conservata, la tensione diminuisce di solo una cinquantina di microvolt all'anno.

Un'altra pila campione è quella Latimer-Clark che ha elettrodi amalgamati di zinco e mercurio in presenza di solfato mercuroso; l'elettrolita è una soluzione di solfato di zinco; il polo positivo è rappresentato dall'amalgama di mercurio.

La pila termoelettrica è un insieme di termocoppie associate in serie; essa non fornisce generalmente una forza elettromotrice molto elevata. Nella pila termoelettrica tutte le saldature, pila es. Il rendimento è molto basso: un centesimo al massimo del calore erogato dalla sorgente viene trasformato in energia elettrica.

La resistenza interna della pila termoelettrica è molto bassa. Vengono usate soprattutto come termometri per la misura di alte temperature.

La pila fotoelettronica è un dispositivo che è sede di una forza elettromotrice quando si illumina opportunamente la superficie di separazione di due mezzi diversi, di cui uno almeno è un conduttore ionico o un semiconduttore; essa trasforma direttamente energia raggiante in energia elettrica.

Le pile solari sono pile con rendimento elevato utilizzate per trasformare direttamente energia solare in energia elettrica. L'assenza di sostanze chimiche corrosive e di parti mobili ne permette una durata molto lunga; largamente usate in veicoli spaziali, le loro applicazioni si sono ampiamente estese in ambito terrestre. È basata sullo sfruttamento dell'energia di particelle cariche costituenti la radiazione di opportune sostanze radioattive.

Il blindaggio della batteria, cioè l'isolamento da fughe di radiazioni, necessario per ragioni di sicurezza, ne ha limitato fino a oggi lo sfruttamento in campo industriale. Le batterie a radioisotopi sono ad autogenerazione di tensione; in esse gli elettroni, uscendo dalla sostanza attiva, producono un accumulo di cariche in una delle due armature.

La differenza di potenziale che si stabilisce tra le due armature, l'una delle quali porta il radioelemento mentre l'altra raccoglie il fascio radioattivo, cresce fintanto che il suo effetto ritardatore compensa esattamente l'energia cinetica delle particelle più rapide, emesse dall'elettrodo positivo.


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