Pila di Volta e pila di Daniell

Materie:Appunti
Categoria:Fisica

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Testo

LA PILA DANIELL

Scopo: Costruire la pila di Volta e la pila Daniell e misurarne i potenziali

Materiale occorrente: Soluzione acidulata (acqua con gocce di acido solforico), lamina di zinco, lamina di rame, soluzione di sale rameico, soluzione di sale di zinco (nitrato),un becher, elettrodo bimetallico di rame e zinco, strumento per la misurazione del potenziale e dell’energia elettrica, ponte salino di nitrato d’ammonio.

Procedimento e considerazioni teoriche: La prima fase di laboratorio consiste nell’illustrare il funzionamento della pila di Volta, antecedente della pila Daniell.
Abbiamo immerso la lamina di zinco in un becher contenente la soluzione acidulata e abbiamo misurato la tensione con l’apposito strumento (=1.270 V)
Lo zinco è in questo caso il polo positivo, la soluzione è il polo negativo.
Successivamente abbiamo ripetuto l’operazione utilizzando la lamina di rame. Stavolta lo strumento misura 0.320 V e il rame è il polo negativo, mentre la soluzione si carica positivamente.
In una terza fase abbiamo immerso entrambe le lamine nella soluzione acidulata e le abbiamo collegate tramite elettrodi. La tensione del sistema misurata dallo strumento è 0.935 V. Questo valore si avvicina molto alla differenza di potenziale tra le due lamine. Infine, abbiamo immerso contemporaneamente la lamina di rame con una lamina bimetallica zinco-rame, la cui funzione è quella di aumentare lievemente la tensione. Lo strumento misura in questo caso una tensione di 1.015 V.
In questo modo Volta creò la pila, che noi abbiamo riprodotto in maniera approssimativa.
Con il passare del tempo ci accorgiamo che la corrente scende progressivamente: questo succede perché si ha la polarizzazione dell’elettrodo di rame.

Dopo questa introduzione allo studio della pila di Volta passiamo alla verifica dell’esperimento di Daniell.
Il procedimento è analogo: mettiamo in due contenitori separati la lamina di zinco e quella di rame immersi in una soluzione del proprio sale (ad esempio nitrato). Misuriamo la tensione in entrambi i contenitori. Lo zinco tende a mandare ioni Zn2+ in soluzione, e quindi la lamina sarà caricata negativamente rispetto alla soluzione. La tensione sullo strumento è quindi (-) 1.057 V. Anche per il rame vale la stessa proprietà, la lamina sarà caricata negativamente e la tensione è (-) 0.180 V.
In seguito abbiamo collegato il sistema mediante un ponte salino costituito da nitrato di ammonio e abbiamo misurato una tensione pari a circa 0.880 V.
Il ponte salino permette il flusso di ioni che mantiene la neutralità elettrica. La pila Daniell funziona quando avviene la reazione di ossidoriduzione: gli elettroni si trasferiscono dallo zinco, in cui avviene l’ossidazione, al rame, in cui avviene la riduzione. Lo zinco funziona da anodo, il rame funziona da catodo. Le reazioni descritte sono le seguenti:
Zn(s) Zn2+ + 2e- Lo zinco si ossida
Cu2++ 2e- Cu(s) Il rame si riduce
Cu2++ Zn Cu + Zn2+
Gli ioni di rame in seguito alla riduzione si depositano sulla lamina di rame, la cui massa aumenta. La soluzione si decolora.
A conclusione dell’esperienza abbiamo ripetuto la misurazione della tensione in un sistema piombo-zinco, sostituendo quindi la lamina di rame con una di piombo, e misurando una tensione pari a 0.388 V. Il piombo si riduce, lo zinco si ossida.
Infine abbiamo sostituito lo zinco con il rame e abbiamo misurato nel sistema piombo-rame una tensione di 0.497 V. Anche in questo caso il rame si riduce.
Il vantaggio evidente della pila di Volta rispetto alla pila Daniell è che la prima è una soluzione unica, mentre la seconda necessita di due soluzioni distinte.

LA PILA DANIELL

Scopo: Costruire la pila di Volta e la pila Daniell e misurarne i potenziali

Materiale occorrente: Soluzione acidulata (acqua con gocce di acido solforico), lamina di zinco, lamina di rame, soluzione di sale rameico, soluzione di sale di zinco (nitrato),un becher, elettrodo bimetallico di rame e zinco, strumento per la misurazione del potenziale e dell’energia elettrica, ponte salino di nitrato d’ammonio.

Procedimento e considerazioni teoriche: La prima fase di laboratorio consiste nell’illustrare il funzionamento della pila di Volta, antecedente della pila Daniell.
Abbiamo immerso la lamina di zinco in un becher contenente la soluzione acidulata e abbiamo misurato la tensione con l’apposito strumento (=1.270 V)
Lo zinco è in questo caso il polo positivo, la soluzione è il polo negativo.
Successivamente abbiamo ripetuto l’operazione utilizzando la lamina di rame. Stavolta lo strumento misura 0.320 V e il rame è il polo negativo, mentre la soluzione si carica positivamente.
In una terza fase abbiamo immerso entrambe le lamine nella soluzione acidulata e le abbiamo collegate tramite elettrodi. La tensione del sistema misurata dallo strumento è 0.935 V. Questo valore si avvicina molto alla differenza di potenziale tra le due lamine. Infine, abbiamo immerso contemporaneamente la lamina di rame con una lamina bimetallica zinco-rame, la cui funzione è quella di aumentare lievemente la tensione. Lo strumento misura in questo caso una tensione di 1.015 V.
In questo modo Volta creò la pila, che noi abbiamo riprodotto in maniera approssimativa.
Con il passare del tempo ci accorgiamo che la corrente scende progressivamente: questo succede perché si ha la polarizzazione dell’elettrodo di rame.

Dopo questa introduzione allo studio della pila di Volta passiamo alla verifica dell’esperimento di Daniell.
Il procedimento è analogo: mettiamo in due contenitori separati la lamina di zinco e quella di rame immersi in una soluzione del proprio sale (ad esempio nitrato). Misuriamo la tensione in entrambi i contenitori. Lo zinco tende a mandare ioni Zn2+ in soluzione, e quindi la lamina sarà caricata negativamente rispetto alla soluzione. La tensione sullo strumento è quindi (-) 1.057 V. Anche per il rame vale la stessa proprietà, la lamina sarà caricata negativamente e la tensione è (-) 0.180 V.
In seguito abbiamo collegato il sistema mediante un ponte salino costituito da nitrato di ammonio e abbiamo misurato una tensione pari a circa 0.880 V.
Il ponte salino permette il flusso di ioni che mantiene la neutralità elettrica. La pila Daniell funziona quando avviene la reazione di ossidoriduzione: gli elettroni si trasferiscono dallo zinco, in cui avviene l’ossidazione, al rame, in cui avviene la riduzione. Lo zinco funziona da anodo, il rame funziona da catodo. Le reazioni descritte sono le seguenti:
Zn(s) Zn2+ + 2e- Lo zinco si ossida
Cu2++ 2e- Cu(s) Il rame si riduce
Cu2++ Zn Cu + Zn2+
Gli ioni di rame in seguito alla riduzione si depositano sulla lamina di rame, la cui massa aumenta. La soluzione si decolora.
A conclusione dell’esperienza abbiamo ripetuto la misurazione della tensione in un sistema piombo-zinco, sostituendo quindi la lamina di rame con una di piombo, e misurando una tensione pari a 0.388 V. Il piombo si riduce, lo zinco si ossida.
Infine abbiamo sostituito lo zinco con il rame e abbiamo misurato nel sistema piombo-rame una tensione di 0.497 V. Anche in questo caso il rame si riduce.
Il vantaggio evidente della pila di Volta rispetto alla pila Daniell è che la prima è una soluzione unica, mentre la seconda necessita di due soluzioni distinte.

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