Le pile

In una cella galvanica o voltaica (detta comunemente pila) l’energia chimica prodotta da una reazione redox spontanea viene trasformata in energia elettrica.

Il primo dispositivo capace di produrre corrente elettrica fu creato da Alessandro Volta nel 1799. La pila di Volta era composta da una serie di dischi alternati di rame e zinco a contatto con un panno imbevuto di soluzione acida. Il primo e l’ultimo disco erano collegati a fili di rame tra i quali si generava una differenza di potenziale (ddp) in grado di produrre corrente elettrica. Questo dispositivo fu utilizzato per studiare la contrazione muscolare in un noto esperimento con rane morte e sezionate.

Sul sistema zinco-rame è basata anche la pila Daniell (1831) composta da due soluzioni dette semicelle, collegate da un ponte salino, e contenenti i due elettrodi metallici come nello schema:

semireazione di ossidazione Zn  =  Zn ²⁺  + 2 e^-

semireazione di riduzione Cu ²⁺  +  2e^-  =  Cu

reazione globale Zn (s) + CuSO₄ (aq)  =  ZnSO₄ (aq) + Cu (s)

Il voltmetro posto nel circuito esterno misura una tensione, o differenza di potenziale, (ddp) in volt che rappresenta la tendenza dello zinco ad ossidarsi e del rame a ridursi.

Tipo di pila	Caratteristiche
Pila a secco o zinco–carbone o Leclanché	Anodo di zinco e catodo costituito da una bacchetta di grafite a contatto con biossido di manganese. Lo zinco si ossida, il manganese si riduce. ddp=1,48 volt
Pile alcaline	Hanno sostituito le pile zinco-carbone, la reazione redox è la stessa, ma struttura diversa garantisce una ddp più stabile. ddp=1,5 volt
Pila Mallory o pila a bottone	E’ basata sulla reazione tra zinco e ossido di mercurio. La reazione di riduzione produce mercurio metallico tossico e pericoloso per l’ambiente. Usata per orologi e calcolatrici. ddp=1,3 volt
Pile ricaricabili	Al nichel-cadmio. Per la presenza del cadmio tossico si tende a sostituirle con le pile agli ioni litio e Ni-idruro metallico. Utilizzate per svariati prodotti elettronici. ddp=1,2 volt
Accumulatore al piombo	E’ composto da una serie di pile i cui elettrodi, costituiti da lamine di piombo e da lastre di piombo rivestito di biossido di piombo, sono immersi in una soluzione di acido solforico. Utilizzato nelle automobili, è ricaricabile. Per ogni pila ddp= 2 volt

Le pile esauste vengono classificate come Rifiuti Urbani Pericolosi e perciò devono essere smaltite negli appositi contenitori. Le batterie delle auto vanno smaltite nei centri di raccolta, il piombo viene riciclato con grande vantaggio per l'economia e per l'ambiente.

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I fenomeni di corrosione dei metalli, come per esempio la formazione della ruggine sul ferro, sono basati su reazioni di ossidoriduzione. Il ferro infatti reagisce con l’ossigeno dell’aria in presenza di acqua o di umidità e forma vari ossidi passando dallo stato di ossidazione 0 a +2 o +3. L’insieme di ossidi e idrossidi prodotti prende il nome di ruggine. Questa, essendo polverosa e friabile viene rimossa scoprendo altri strati superficiali di ferro per cui la corrosione continua.

Rappresentazione del fenomeno della corrosione

La torre Eiffel costruita a Parigi nel 1889 e composta di ferro a basso contenuto di carbonio viene protetta dalla corrosione con la completa verniciatura che viene effettuata ogni sette anni.

Altri metalli come rame, stagno, zinco, alluminio reagiscono con l’ossigeno dell’aria ricoprendosi di uno strato di ossido che funziona come superficie protettiva. Per questo motivo in alternativa alla verniciatura antiruggine è possibile ricoprire il ferro con uno strato di metallo diverso come zinco  o alluminio.

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