Cosa succede in una batteria?
1. Stato iniziale:
- Una batteria è composta da due elettrodi (anodo e catodo) separati da un elettrolita (liquido o solido).
- L'anodo (terminale negativo) ha una maggiore tendenza a cedere elettroni (potenziale di ossidazione), mentre il catodo (terminale positivo) ha una maggiore tendenza ad accettare elettroni (potenziale di riduzione).
2. Reazioni chimiche:
- Quando la batteria è collegata ad un circuito (un carico), si forma un circuito completo.
- L'ossidazione avviene all'anodo:gli atomi di metallo nel materiale dell'anodo (ad esempio, lo zinco in una batteria zinco-carbone) perdono elettroni, diventando ioni caricati positivamente (Zn2+).
- La riduzione avviene al catodo:gli ioni positivi nel materiale del catodo (ad esempio, l'ossido di rame (II) in una batteria zinco-carbone) acquistano elettroni, diventando atomi di metallo neutri (Cu).
- Queste reazioni redox generano una differenza di potenziale elettrico tra gli elettrodi.
3. Flusso di elettroni:
- Gli elettroni rilasciati durante l'ossidazione all'anodo viaggiano attraverso il circuito esterno fino al catodo, creando una corrente elettrica.
- All'interno della batteria, gli ioni caricati positivamente (cationi) si muovono attraverso l'elettrolita verso il catodo, mentre gli ioni caricati negativamente (anioni) si muovono verso l'anodo per mantenere la neutralità elettrica.
4. Movimento ionico:
- Il movimento degli ioni attraverso l'elettrolita completa il circuito interno della batteria.
- L'elettrolita facilita la migrazione degli ioni, consentendo alle reazioni chimiche di continuare e sostenere il flusso di corrente elettrica.
5. Differenza di potenziale e tensione:
- La differenza di potenziale elettrico tra anodo e catodo crea una tensione.
- La tensione della batteria dipende dai materiali specifici utilizzati per gli elettrodi e l'elettrolita.
Man mano che le reazioni chimiche all'interno della batteria progrediscono, i reagenti vengono gradualmente consumati e la batteria alla fine si scarica. Ricaricare o sostituire la batteria è necessario per ripristinare l'energia chimica immagazzinata. Diversi tipi di batterie possono impiegare sistemi chimici diversi, ma i principi fondamentali rimangono simili.