Differenza tra cella elettrochimica e cella elettrolitica

Differenza principale - Cellula elettrochimica vs cella elettrolitica

L'elettrochimica include lo studio del movimento degli elettroni nei sistemi in cui avvengono i processi chimici. Qui, le reazioni chimiche possono essere utilizzate per generare una corrente elettrica o una corrente elettrica può essere utilizzata per facilitare una reazione chimica non spontanea che si verifichi. In entrambi i modi, si verificherà la conversione di energia elettrica in energia chimica o il contrario. I sistemi in cui avvengono queste conversioni sono noti come celle o, più precisamente, celle elettrochimiche. Esistono due tipi di cellule elettrochimiche note come cellule voltaiche e celle elettrolitiche. La principale differenza tra cella elettrochimica e cella elettrolitica è quella la cella elettrochimica non ha bisogno di alcuna corrente esterna per il funzionamento mentre le celle elettrolitiche necessitano di corrente esterna per funzionare.

Aree chiave coperte

1. Cos'è la cella elettrochimica
      - Definizione, Proprietà, Come funziona
2. Cos'è la cella elettrolitica
      - Definizione, Proprietà, Come funziona
3. Qual è la differenza tra cella elettrochimica e cella elettrolitica
      - Confronto tra le principali differenze

Termini chiave: Anodo, catodo, cella elettrochimica, elettrolisi, cella elettrolitica, cella galvanica, ossidazione, riduzione, cella voltica

Cos'è una cella elettrochimica

Una cella elettrochimica è un sistema in grado di produrre energia elettrica attraverso reazioni chimiche spontanee. Le reazioni chimiche che sono coinvolte in questo processo sono chiamate reazioni redox. Le reazioni redox si verificano attraverso il trasferimento di elettroni tra specie chimiche. Una reazione redox comprende due mezze reazioni: reazione di ossidazione e reazione di riduzione. La reazione di ossidazione rilascia sempre elettroni nel sistema mentre la reazione di riduzione prende gli elettroni dal sistema. Pertanto, le due mezze reazioni si verificano contemporaneamente.

Le celle elettrochimiche si trovano in due tipi, come le celle voltaiche (galvaniche) e le celle elettrolitiche. Una cella elettrochimica è composta da due mezze cellule. Le mezze reazioni si verificano in due mezze cellule. Le reazioni chimiche che avvengono in quella cella causano l'accumulo di una potenziale differenza tra due mezze cellule.

Una semicella dovrebbe essere composta da un elettrodo e un elettrolita. Pertanto, una cella elettrochimica completa è composta da due elettrodi e due elettroliti; a volte, le due metà celle possono utilizzare lo stesso elettrolita. Se sono utilizzati due elettroliti diversi, è necessario utilizzare un ponte salino per mantenere il contatto tra gli elettroliti. È fatto facendo un passaggio per trasferire ioni attraverso il ponte salino. Gli elettroni fluiscono da una metà all'altra attraverso un circuito esterno. I due elettrodi sono chiamati anodo e catodo.

Le reazioni di ossidazione e riduzione si verificano separatamente in due elettrodi. La reazione di ossidazione si verifica nell'anodo mentre la reazione di riduzione si verifica nel catodo. Pertanto, gli elettroni sono prodotti nell'anodo e passano dall'anodo al catodo attraverso il circuito esterno. Il ponte salino aiuta a mantenere il sistema neutro (elettricamente) trasferendo gli ioni attraverso di esso per bilanciare le cariche elettriche.

Consideriamo la seguente cella elettrochimica.

Figura 1: cella elettrochimica

Qui, l'anodo è l'elettrodo Zn (Zinco) e il catodo è l'elettrodo Cu (rame). La reazione di ossidazione si verifica nell'elettrodo Zn. Lì, lo Zn metallico viene ossidato in Zn⁺² ioni. Gli elettroni rilasciati sono passati attraverso il filo esterno. Zn prodotto⁺² gli ioni vengono rilasciati nella soluzione. Pertanto, l'elettrodo Zn sarà sciolto con il tempo. La reazione di riduzione si verifica vicino al catodo. Il catodo è un elettrodo di rame. Lì, gli elettroni provenienti dal circuito esterno sono presi dal Cu²⁺ ioni nella soluzione e sono ridotti in Cu metallo. Pertanto, la massa dell'elettrodo Cu sarà aumentata nel tempo. Il flusso di elettroni attraverso il filo esterno può essere misurato come la corrente elettrica prodotta dalla reazione redox. Questa è la tipica struttura di una cella elettrochimica.

reazioni

• Reazione nell'anodo (ossidazione)

Zn_(S)         → Zn⁺²_(Aq)     +      2e

• Reazione nel catodo (riduzione)

Cu⁺²_(Aq)      +     2e → Cu_(S)

Cos'è una cella elettrolitica

Una cella elettrolitica è un tipo di cella elettrochimica in cui l'energia elettrica può essere utilizzata per provocare una reazione chimica. In altre parole, l'energia elettrica dovrebbe essere fornita da una fonte esterna. Quindi può essere avviata una reazione non spontanea. Le celle elettrolitiche sono più comunemente usate per l'elettrolisi dei composti.

Una cella elettrolitica è anche composta da metalli solidi come elettrodi. Ci sono due elettrodi collegati a un circuito esterno. Un elettrodo funge da anodo mentre l'altro funge da catodo. La reazione di ossidazione si verificherà nell'anodo e la reazione di riduzione si verificherà nel catodo.

L'alimentazione di energia elettrica esterna (dalla batteria collegata ai due elettrodi) fornisce un flusso di elettroni attraverso il catodo. Questi elettroni quindi entrano nella soluzione elettrolitica. Quindi, i cationi nella soluzione si riuniscono attorno al catodo e ottengono gli elettroni che arrivano attraverso il catodo. Pertanto, questi cationi sono ridotti al catodo. Gli elettroni nel catodo respingono gli anioni nella soluzione. Questi anioni migrano verso l'anodo. Lì, questi anioni rilasciano elettroni e si ossidano. Pertanto, l'anodo ha una carica positiva e il catodo ha una carica negativa.

Consideriamo il seguente esempio.

Figura 2: l'elettrolisi della soluzione di cloruro di rame

Nella cella elettrolitica di cui sopra, la batteria fornisce elettroni al catodo e Cu⁺² Gli ioni si raccolgono attorno al catodo per prendere gli elettroni dal catodo. Quindi il Cu⁺² Gli ioni sono ridotti al metallo Cu e si depositano sul catodo. Quindi Cl^- Gli ioni migrano verso l'anodo e rilasciano l'elettrone in eccesso che hanno. Lì, l'ossidazione di Cl^- si verifica formando Cl_{2 (g)}.

reazioni

• Reazione nell'anodo (ossidazione)

2cl^-_(Aq)         → Cl_{2 (g)}     +      2e

• Reazione nel catodo (riduzione)

Cu⁺²_(Aq)      +     2e → Cu_(S)

Differenza tra cella elettrochimica e cella elettrolitica

Definizione

Cella elettrochimica: Una cella elettrochimica è un sistema in grado di produrre energia elettrica attraverso reazioni chimiche spontanee.

Cella elettrolitica: Una cella elettrolitica è un tipo di cella elettrochimica in cui è possibile utilizzare energia elettrica per creare una reazione chimica.

Conversione di energia

Cella elettrochimica: Nella cella elettrochimica, l'energia chimica viene convertita in energia elettrica.

Cella elettrolitica: Nella cella elettrolitica, l'energia elettrica viene convertita in energia chimica.

Corrente esterna

Cella elettrochimica: Le celle elettrochimiche non necessitano di fonti di energia elettrica esterna.

Cella elettrolitica: Le celle elettrolitiche necessitano di fonti di energia elettrica esterna.

Reazioni chimiche

Cella elettrochimica: Nelle cellule elettrochimiche si verificano reazioni chimiche spontanee.

Cella elettrolitica: Nelle celle elettrolitiche, si verificano reazioni chimiche non spontanee.

elettrodi

Cella elettrochimica: In una cella elettrochimica, l'anodo è negativo e il catodo è positivo.

Cella elettrolitica: In una cella elettrolitica, l'anodo è positivo e il catodo è negativo.

Movimento dell'elettrone

Cella elettrochimica: Gli elettroni passano dall'anodo al catodo in celle elettrochimiche.

Cella elettrolitica: Gli elettroni passano dalla batteria al catodo e quindi gli elettroni entrano nell'anodo attraverso la soluzione elettrolitica nelle celle elettrolitiche.

Conclusione

Una cella elettrolitica è un tipo di cella elettrochimica. Pertanto, la cella elettrolitica è composta da tutti i componenti che ha una tipica cella elettrochimica. Sia le celle elettrochimiche che le celle elettrolitiche coinvolgono la circolazione di elettroni attraverso il sistema. Tuttavia, nelle cellule elettrochimiche si verificano reazioni chimiche spontanee mentre, nelle celle elettrolitiche, si verificano reazioni chimiche non spontanee. Questa è la differenza tra cella elettrochimica e cella elettrolitica.

Riferimenti:

1. "Cella elettrochimica". Wikipedia. Wikimedia Foundation, 24 luglio 2017. Web. Disponibile qui. 26 luglio 2017. 
2. "Celle elettrolitiche". LibreTexts di chimica. Libretexts, 21 luglio 2016. Web. Disponibile qui. 26 luglio 2017. 

Cortesia dell'immagine:

1. "Cellula elettrochimica" di Siyavula Education (CC BY 2.0) via Flickr