Una cella galvanica è un dispositivo che sfrutta una reazione redox spontanea per generare energia elettrica. Questa cella è composta da due semicelle, ognuna contenente una coppia redox diversa. Nella semicella di anodo, avviene l'ossidazione, mentre nella semicella di catodo avviene la riduzione. Le semicelle sono separate da un ponte salino, che permette il flusso di ioni per mantenere la carica elettrica bilanciata. Le semicelle sono collegate da un circuito esterno, attraverso il quale avviene il flusso di elettroni generato dalla reazione redox.
Nel caso specifico di una cella galvanica basata sulla reazione tra rame e nitrato d'argento, la semicella di anodo contiene un filo di rame immerso in una soluzione di nitrato d'argento, mentre la semicella di catodo contiene un foglio di argento immerso in una soluzione di nitrato d'argento. La reazione complessiva che avviene in questa cella è:
Cu(s) + 2Ag+(aq) ⟶ Cu2+(aq) + 2Ag(s)
Nella semicella di anodo, il rame solido si ossida, cedendo elettroni e formando ioni rame(II). Nella semicella di catodo, gli ioni argento(I) si riducono, accettando elettroni e formando argento solido. Il flusso di elettroni generato da questa reazione avviene attraverso il circuito esterno, producendo energia elettrica utilizzabile.
La notazione delle celle
La notazione delle celle galvaniche è un modo conveniente per rappresentare la composizione e la struttura di una cella galvanica. Questa notazione utilizza simboli chimici e linee verticali parallele per rappresentare le diverse componenti delle semicelle e le interfacce tra di esse. La notazione inizia con l'anodo e procede verso il catodo, identificando le fasi e le interfacce incontrate lungo il percorso.
Nel caso della cella galvanica basata sulla reazione tra rame e nitrato d'argento, la notazione della cella sarebbe:
Cu(s)│Cu2+(aq)║Ag+(aq)│Ag(s)
Questo indica che il filo di rame solido è l'anodo, la soluzione di rame(II) è in contatto con il ponte salino, la soluzione di argento(I) è in contatto con il ponte salino e il foglio di argento solido è il catodo.
Un'altra cella galvanica
Consideriamo ora un'altra cella galvanica basata sulla reazione tra magnesio solido e ioni ferro(III) in soluzione. La reazione complessiva di questa cella è:
Mg(s) + 2Fe3+(aq) ⟶ Mg2+(aq) + 2Fe2+(aq)
La notazione della cella per questa reazione sarebbe:
Mg(s)│Mg2+(aq)║Fe3+(aq),Fe2+(aq)│Pt(s)
In questa cella, il magnesio solido funge da anodo, mentre il platino funge da catodo. Poiché entrambi i membri della coppia redox nella semicella di catodo sono specie solute, il platino viene utilizzato come elettrodo inerte per fornire o accettare elettroni alle specie redox in soluzione.
Conclusione
Le celle galvaniche sono dispositivi che sfruttano reazioni redox spontanee per generare energia elettrica. La loro composizione e struttura possono essere rappresentate utilizzando la notazione delle celle. Nel caso specifico delle celle galvaniche basate sulla reazione tra rame e nitrato d'argento o tra magnesio e ioni ferro(III), le notazioni delle celle sono rispettivamente:
Cu(s)│Cu2+(aq)║Ag+(aq)│Ag(s)
Mg(s)│Mg2+(aq)║Fe3+(aq),Fe2+(aq)│Pt(s)
Queste celle forniscono un esempio di come le reazioni redox possono essere utilizzate per generare energia elettrica in modo efficiente.