La pila elettrica

La pila elettrica è un dispositivo in grado di trasformare l'energia chimica prodotta in una reazione chimica di ossido-riduzione in energia elettrica. Tutte le pile derivano dalla pila di Volta, che sostanzialmente era costituita da una serie di dischi di due metalli (elettrodi) diversi (per esempio, zinco e rame) separati da un disco di carta impregnata di una soluzione acida (elettrolita); i vari dischi erano impilati verticalmente (da qui il nome pila). Collegando il primo e l'ultimo dischetto della pila si realizzava un circuito in cui fluiva corrente elettrica.

Una pila elettrica è in generale un sistema costituito da due scomparti distinti (semicelle) collegati tra loro da un ponte salino o da un setto poroso, contenenti ciascuno un elettrolita (che può essere liquido, come una soluzione ionica nella pila Daniell, o solido, come nelle pile a secco oggi in uso) in cui è immerso un elettrodo di materiale conduttore a bassa resistenza (v. fig.). La soluzione di una semicella è ossidante (cioè riceve elettroni dall'elettrodo in essa immerso, che viene chiamata catodo), mentre quella dell'altra è riducente (cede cioè elettroni all'elettrodo in essa immerso, che viene chiamato anodo). La differenza di potenziale che si stabilisce tra i due elettrodi costituisce la forza elettromotrice della pila. Se i due elettrodi vengono collegati con un conduttore, si produce un moto degli elettroni dal catodo verso l'anodo (la corrente elettrica), che tenderebbe a ristabilire l'equilibrio elettrico tra i due elettrodi, ma le reazioni chimiche che hanno luogo all'interno della pila mantengono la differenza di potenziale tra i due poli e la pila continua a generare corrente. Dopo un certo periodo di tempo le reazioni chimiche all'interno della pila cessano di avvenire, poiché il processo genera delle sostanze che alterano il rapporto tra elettrolita ed elettrodo, e la pila lentamente si scarica e cessa di fornire energia elettrica.

Le pile a secco, o pile Leclanché, non contengono un elettrolita liquido ed esistono in versione acida o basica. La pila acida è costituita da un rivestimento di zinco che funziona da anodo e da una sbarretta di carbone (il catodo) immersa in un elettrolita solido, una pasta di biossido di manganese, cloruro di ammonio e polvere di carbone. Nella versione alcalina il cloruro di ammonio è sostituito da idrossido di potassio. Rispetto alla precedente, quella alcalina ha una durata maggiore, perché l'anodo di zinco in questo caso è più stabile e si corrode più lentamente. Tra le pile a secco oggi sono molto diffuse quelle ad argento, in cui l'anodo è di zinco e il catodo di ossido di argento, e quelle a mercurio (le pile a bottone) usate soprattutto per le calcolatrici, gli orologi e le macchine fotografiche.

In A la pila Daniell, in cui la corrente è generata dal flusso di elettroni ceduto dall'elettrodo di zinco a quello di rame. In B, spaccato di una pila a secco carbone-zinco.