Costruzione di una Pila

Costruzione di una Pila
Raluca Stoica, Filippo Valle
29 marzo 2014
Obiettivo: Costruire e studiare una pila elettrica.
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Materiali
ˆ nastro di Magnesio (M g);
ˆ Idrogenosolfato di sodio (N aHSO4 );
ˆ provette;
ˆ cavetti in Rame;
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Strumenti di misura
Tester: risoluzione: 0, 1V ; sensibilità: 0, 1V ; portata: 9V .
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Disegno
Figura 1: Pila montata
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Descrizione esperienza
1. montare la struttura come da disegno;
2. diluire in 50ml di acqua 2g di idrogenosolfato di sodio;
3. riempire le provette con l’idrogenosolfato di sodio diluito in acqua;
4. collegare ad una estremità dei vari cavetti un pezzetto (1cm circa) di nastro di
magnesio;
5. immergere in ogni provetta il magnesio lasciando libera l’altra estremità del cavetto;
6. collegare l’estremità libera di ogni cavetto alla provetta più vicina;
7. collegare il tester alle due estremità del circuito;
8. verificare le trasformazione di energia chimica in energia elettrica sia tramite il
tester sia tramite lo scioglimento del magnesio;
9. provare collegamenti diversi per valutare la variazione di differenza di potenziale tra
le provette alle estremità.
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Elaborazione dati
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Conclusioni
Con questa esperienza abbiamo realizzato un esempio di pila elettrica. Il principio chimicofisico di funzionamento di una pila è una reazione di ossidoriduzione, in cui una determinata sostanza subisce un processo di ossidazione, perdendo elettroni, mentre un’altra
sostanza subisce un processo di riduzione, acquistandoli. Data la sua configurazione, la pila
consente di incanalare e sfruttare il flusso di elettroni tra le due sostanze; tale flusso genera
dunque una corrente elettrica continua, il cui potenziale elettrico è dovuto alle reazioni di
ossidazione e riduzione che vi avvengono. Una pila si scarica quando queste reazioni chimiche
raggiungono lo stato di equilibrio. In definitiva ciò che fa una pila è trasformare energia
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chimica dei legami in energia elettrica. In questo caso la pila è stata costruita utilizzando due
sostanze principalmente: l’idrogeno solfato di sodio in acqua e il magnesio allo stato
solido (nastro di magnesio). Anche in questo caso la reazione che descrive il processo è una
redox : 2N aHSO4 + H2 O + M g → H2 + M g 2+ + 2N a (SO4 )2 + H2 O. L’idrogenosolfato di
sodio in acqua si dissocia in N a+ e HSO4− , quest’ultimo a sua volta si dissocia in H + e SO42− ,
mentre il M g in questa soluzione si ossida a M g 2+ (perde 2 elettroni). Sono proprio questi
due elettroni che vengono incanalati nel circuito e che generano la corrente continua. Una
volta che hanno percorso il filo e lasciato traccia nel tester, ritornano in soluzione e grazie ad
essi lo ione H + si riduce a H2 . Queste reazioni hanno luogo fino a quando il magnesio non
si consuma e si arriva ad un equilibrio. Facendo un grafico che rappresenti la differenza di
potenziale in funzione del numero di provette utilizzate e di conseguenza delle quantità di
soluto e di magnesio si ottiene un andamento esponenziale. Questo conferma che più sorgenti
di elettricità collegati in serie sommano le differenze di potenziale ai capi di ognuna (avviene
per esempio con le resistenze). L’andamento è esponenziale ossia all’aumentare dei reagenti
aumenta l’energia prodotta, il che è naturale considerato il maggior numero di ioni impegnati nella reazione. Alcuni errori potrebbero essere dati dal fatto che le varie provette
non contenevano esattamente la stessa quantità di idrogenosolfato di sodio e dal fatto che i
vari collegamenti facevano un po’ di resistenza nei vari passaggi. L’esperienza può comunque
dirsi riuscita: abbiamo raccolto dati coerenti con le aspettative teoriche e siamo riusciti a
creare un circuito in cui circolasse energia elettrica senza avere un generatore tradizionale.
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Conclusions
During this experience we were able to develop an example of the stack. The chemicalphysical principle of operation of a stack is a redox reaction in which a substance undergoes
a process of oxidation, losing electrons, while another substance undergoes a process of reduction, getting them. Due to its configuration, the stack allows to channel and exploit the flow
of electrons between the two substances. This flow then generates an electrical current,
whose electric potential is due to the oxidation and reduction reactions occurring there. A
battery discharges when these chemical reactions reach a state of equilibrium. So the goal of
a stack is to transform chemical energy into electrical energy. In this case, the stack was built
using mainly two substances: sodium hydrogen sulphate in water and the magnesium in the
solid state (finger magnesium). Also in this case the reaction that describes the process is a
redox: 2N aHSO4 + H2 O + M g → H2 + M g 2+ + 2N a (SO4 )2 + H2 O. The hydrogen sulfate in
water dissociates into N a+ and HSO4− , which dissociates into H + and SO42− ; the M g in this
solution is oxidized to M g 2+ (loses 2 electrons). It is precisely these two electrons that are
channeled and generate the current. Once they have completed the wire and indicate their
passage in the tester, then they come back into solution, and thanks to them, the H + ion is
reduced to H2 . These reactions take place until the magnesium is not consumed and you will
come to a balance. Drawing a graph that represents the potential difference as a function of
the number of tubes used and consequently the amount of solute and magnesium is obtained
an exponential trend. This confirms that more sources of electricity connected in series
plus the potential differences we can measure at the heads of the circuit (something similar
happens for example with the resistors). The trend is exponential so the energy increases as
the reactants increase, which is considered natural, there are more ions involved in the
reaction. Some errors may be occurred due to the differences in the various tubes which did
not contain exactly the same amount of sodium hydrogen sulphate and by the fact that the
various connections were a bit of resistance in the various steps. The experience can still be
said to be successful: we collected data consistent with theoretical expectations and were
able to create a circuit which circulated electricity without having a traditional generator.
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