Una cella galvanica e una cella elettrolitica sono due tipi di celle elettrochimiche che funzionano in base ai principi delle reazioni redox. Una cella galvanica, nota anche come cella voltaica, converte l'energia chimica in energia elettrica attraverso una reazione chimica spontanea. È costituita da due elettrodi (anodo e catodo) immersi in un elettrolita, dove l'anodo è carico negativamente e il catodo è carico positivamente. Una cella elettrolitica, invece, utilizza l'energia elettrica proveniente da una fonte esterna per provocare una reazione chimica non spontanea. In questo caso, l'anodo è carico positivamente e il catodo è carico negativamente. Le celle galvaniche sono comunemente utilizzate nelle batterie, mentre le celle elettrolitiche sono utilizzate in processi come la galvanotecnica e l'elettrolisi.
Punti chiave spiegati:
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Definizione e scopo:
- Cella galvanica: Converte l'energia chimica in energia elettrica attraverso una reazione redox spontanea. È una fonte di energia elettrica.
- Cella elettrolitica: Converte l'energia elettrica in energia chimica attraverso una reazione di ossidoriduzione non spontanea. Richiede una fonte di energia esterna.
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Conversione di energia:
- Cella galvanica: Energia chimica → Energia elettrica (processo spontaneo).
- Cella elettrolitica: Energia elettrica → Energia chimica (processo non spontaneo).
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Cariche elettrodiche:
- Cella galvanica: L'anodo è carico negativamente e il catodo è carico positivamente.
- Cella elettrolitica: L'anodo è carico positivamente e il catodo è carico negativamente.
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Spontaneità della reazione:
- Cella galvanica: La reazione è spontanea, con un'energia libera di Gibbs negativa (ΔG < 0).
- Cella elettrolitica: La reazione non è spontanea, con un'energia libera di Gibbs positiva (ΔG > 0).
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Applicazioni:
- Cella galvanica: Utilizzata nelle batterie, come quelle alcaline e agli ioni di litio, per fornire energia portatile.
- Cella elettrolitica: Utilizzata in processi come la galvanotecnica, l'elettrolisi dell'acqua e la ricarica di batterie ricaricabili.
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Elettrolita ed elettrodi:
- Entrambe le celle sono costituite da due elettrodi (anodo e catodo) immersi in una soluzione elettrolitica.
- In una cella galvanica, l'elettrolita facilita il flusso di ioni per mantenere l'equilibrio di carica durante la reazione redox.
- In una cella elettrolitica, l'elettrolita fornisce il mezzo per la migrazione degli ioni sotto l'influenza di una tensione esterna.
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Ricaricabilità:
- Cella galvanica: Può essere ricaricabile (ad esempio, batterie agli ioni di litio) o non ricaricabile (ad esempio, batterie alcaline monouso).
- Cella elettrolitica: In genere non è ricaricabile; consuma energia per alimentare le reazioni chimiche.
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Potenziale di scarica:
- Cella elettrolitica: Richiede un potenziale minimo (potenziale di scarica) per avviare l'elettrolisi e scaricare gli ioni agli elettrodi.
- Cella galvanica: Genera la propria differenza di potenziale grazie alla reazione redox spontanea.
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Liberazione di ioni:
- In una cella elettrolitica, i cationi (ioni positivi) vengono liberati al catodo e gli anioni (ioni negativi) all'anodo.
- Se sono presenti più ioni, lo ione con il potenziale di riduzione più alto viene liberato al catodo e quello con il potenziale di riduzione più basso viene liberato all'anodo.
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Equilibrio nelle celle elettrochimiche:
- Una cella elettrochimica in equilibrio si trova tra una cella galvanica e una elettrolitica, senza flusso di corrente quando la forza controelettromotrice bilancia la reazione.
Comprendendo questi punti chiave, è possibile distinguere tra celle galvaniche ed elettrolitiche e apprezzarne il ruolo distinto nella conversione dell'energia e nei processi chimici.
Tabella riassuntiva:
| Aspetto | Cella galvanica | Cella elettrolitica |
|---|---|---|
| Definizione | Converte l'energia chimica in energia elettrica (reazione redox spontanea). | Converte l'energia elettrica in energia chimica (reazione redox non spontanea). |
| Conversione di energia | Chimica → Elettrica (spontanea). | Elettrica → Chimica (non spontanea). |
| Cariche degli elettrodi | Anodo: Negativo, catodo: positivo. | Anodo: Positivo, catodo: Negativo. |
| Spontaneità della reazione | Spontanea (ΔG < 0). | Non spontanea (ΔG > 0). |
| Applicazioni | Batterie (ad esempio, alcaline, agli ioni di litio). | Elettrodeposizione, elettrolisi, ricarica di batterie. |
| Ricaricabilità | Può essere ricaricabile o non ricaricabile. | In genere non sono ricaricabili. |
| Potenziale di scarica | Genera una propria differenza di potenziale. | Richiede una tensione esterna per avviare l'elettrolisi. |
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