La Pila Daniel

Materie:Appunti
Categoria:Chimica

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Testo

Relazione esperienza di laboratorio
Titolo: costruzione di una pila Daniel

Materiali: - due becher - 2 lamine, una di Cu l’altra di Zn (allo stato elementare)
- voltametro (+ cavi elettrici) - tubo di gomma
- ovatta - KCl (sale)
- H2O distillata - Bilancia
- CuSO4 1 M - ZnSO4 1 M

Prerequisiti:
La pila in genere sfrutta una reazione di ossidoriduzione che avviene spontaneamente; nel caso della pila Daniel questa reazione è Cu + Zn → Cu + Zn
dove lo Zinco si ossida Zn → Zn
e il Rame si riduce Cu → Cu
Come è fatta la pila Daniel?
Si hanno a disposizione due becher (detti “semicelle”), in uno avremo soluzione CuSO4 1 M, nell’altro una soluzione ZnSO4 sempre 1 M. Nella prima semicella è parzialmente immersa una laminetta di Cu allo stato elementare, così come nella seconda semicella si immerge parzialmente una laminetta di Zn puro: queste due lamine metalliche sono unite da cavetti elettrici collegati ad un voltametro, che permettono il passaggio degli elettroni. Inoltre i due becher sono collegati da un ponte salino che contiene una soluzione satura di KCl e che presenta alle estremità del ponte due batuffoli di ovatta che permettono comunque il passaggio degli ioni.
Cosa avviene?
Il rame passa da Cu + 2é → Cu mentre lo zinco da Zn - 2é → Zn
La lamina di Zinco è l’elettrodo interessato dall’ossidazione ed è quindi l’anodo della pila, mentre la laminetta di Cu corrisponde al catodo.
Gli ioni della lametta di Zn passano infatti in soluzione come ioni Zn , liberando due elettroni che passano attraverso il filo metallico conduttore arrivando all’altra semicella (si genera quindi corrente). Il Cu , che è in soluzione, a sua volta acquista questa coppia di elettroni ceduti dallo Zn e si trasforma in Cu, il quale si va a depositare sulla laminetta immersa.
Il ponte salino ha una funzione molto importante: esso serve per trasferire ioni K e ioni Cl per ripristinare le cariche elettriche. Nella prima semicella infatti, il Cu si deposita sulla lamina e lascia liberi ioni SO4 ; in questo caso il ponte salino fa andare in soluzione lo ione K per ripristinare le cariche. Così come nella seconda semicella, a mano a mano che va in soluzione lo Zn , aumentano gli ioni positivi e per questo vanno in soluzione ioni Cl .
I potenziali in condizioni standard saranno:
E Cu → Cu + 0,337 E Zn → Zn – 0,71
è quindi già possibile calcolare il valore teorico del voltaggio della pila, ossia
FEM (forza elettromotrice) = E Cu - E Zn = 0,337 + 0,721 = 1,1 V

Operazioni:
L’esperimento avviene diviso in due gruppi, ciascuno dei quali ha il compito di costruire una pila Daniel e di misurarne il voltaggio per mezzo del voltametro, confrontando i dati sperimentali con quelli teorici.
- inizialmente di forma una soluzione 1M di ZnSO4:
n.moli = 100/1000 = 0,1 moli di ZnSO4 in soluzione
PM ZnSO4 = 287,5 g/mol g = PM * mol = 28,754 g di ZnSO4
Una volta terminati i calcoli, tariamo il becher (vuoto) sulla bilancia aggiungendo i grammi di ZnSO4 che ci servono per la soluzione, e diluiamo con acqua distillata fino a 100 ml.
Abbiamo così costruito la prima semicella.
- successivamente si forma una soluzione 1 M di CuSO4
n. moli = 0,1 PM = 250 g/mol g = PM* mol = 25 g di CuSO4
Una volta terminati i calcoli si ripete l’operazione analoga alla prima semicella: si aggiungono cioè 25 g di CuSO4 al becher vuoto e si diluisce fino a 100 ml con acqua distillata.
Abbiamo così costruito la seconda semicella.
- si procede poi alla costruzione del ponte salino:
in un becher vuoto si versano poco più di 100 ml di acqua distillata e si rende la soluzione satura di KCl (si continua ad aggiungere KCl fino a che questo non si scioglie più e si deposita sul fondo del becher). Successivamente si versa la soluzione salina dentro al ponte (un tubo di gomma) mantenendo sollevate le estremità in modo da non far fuoriuscire la soluzione, poi si chiudono le estremità mediante batuffoli di cotone.
- Una volta costruite tutte le parti si procede alla costruzione della pila (come in figura), immergendo le lamine metalliche nelle soluzioni, immergendo le estremità del ponte in entrambi i becher, collegando le lamine metalliche con i conduttori del voltametro.
- Infine si accende il voltametro e si leggono le misure sperimentali.

Conclusioni:
Il risultato del primo gruppo è troppo lontano dal voltaggio teorico, a causa di errori nella costruzione del ponte salino che non ha portato alla formazione di una corrente adeguata.
La pila del secondo gruppo invece ha generato una corrente opportuna e il dato sperimentale ottenuto è molto simile a quello teorico: la tensione misurata dal voltametro è infatti di circa 1,07 V (con 1,1 V come tensione teorica).
Esclusi gli errori commessi dal primo gruppo, si può affermare che l’esperimento è avvenuto senza particolari problemi e in modo efficace.

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