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Forza elettromotrice chimica

1890
  • Walther Nernst
  • Josiah Willard Gibbs
Test delle batterie agli ioni di litio nel laboratorio di elettrochimica.

(Immagine generata a solo scopo illustrativo)

Nelle celle elettrochimiche come batterie e celle a combustibile, Campo elettromagnetico viene generata da reazioni chimiche. La separazione di carica è guidata da reazioni di ossidazione e riduzione che avvengono a due elettrodi diversi. La forza elettromotrice massima di una cella è correlata alla variazione di energia libera di Gibbs (ΔG) della reazione tramite la relazione E = -ΔG/nF, dove n sono le moli di elettroni e F è la costante di Faraday.

The electromotive force in a chemical source arises from the potential energy difference of electrons in different chemical species. In a galvanic cell, two dissimilar metals (electrodes) are placed in an electrolyte, creating two half-cells. At one electrode (the anode), an oxidation reaction occurs, releasing electrons. At the other electrode (the cathode), a reduction reaction occurs, consuming electrons. This creates an electrical potential difference between the electrodes. The chemical reactions effectively act as a “charge pump,” doing work on the electrons to move them from a lower potential energy state to a higher one, thus establishing the EMF.

La forza elettromotrice (FEM) massima teorica è determinata dalla termodinamica della reazione, in particolare dalla variazione di energia libera di Gibbs (ΔG), che rappresenta il massimo lavoro non espansivo che può essere estratto da un sistema termodinamicamente chiuso. L'equazione di Nernst affina ulteriormente questo concetto mettendo in relazione la FEM con il potenziale standard dell'elettrodo e le concentrazioni (o attività) dei reagenti e dei prodotti, mostrando come la tensione della cella cambia al procedere della reazione e al variare delle concentrazioni. Questa base termodinamica è fondamentale per la progettazione di batterie con specifiche tensioni di uscita e densità di energia, e per la comprensione di processi come l'elettrolisi, in cui una FEM esterna viene utilizzata per innescare una reazione chimica non spontanea.

UNESCO Nomenclature: 2203
• Elettrochimica

Tipo

Processo chimico

Interruzione

Rivoluzionario

Utilizzo

Uso diffuso

Precursori

  • Gli esperimenti di Luigi Galvani con le zampe di rana
  • Alessandro Volta’s invention of the voltaic pile
  • Le leggi dell'elettrolisi di Michael Faraday
  • Lo sviluppo della termodinamica chimica da parte di Josiah Willard Gibbs

Applicazioni

  • batterie (alcaline, agli ioni di litio, al piombo)
  • celle a combustibile
  • elettrolisi
  • prevenzione della corrosione (protezione catodica)
  • galvanica

Brevetti:

NA

Idee e potenziali innovazioni

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Related to: electrochemistry, battery, galvanic cell, Gibbs free energy, Nernst equation, electrode, electrolyte, redox reaction.

Contesto storico

Forza elettromotrice chimica

1885
1887
1889
1890
1890
1895
1895
1884
1887
1888
1889
1890
1890
1895
1895

(se la data è sconosciuta o non rilevante, ad esempio "meccanica dei fluidi", viene fornita una stima approssimativa della sua notevole comparsa)

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