Il 12/03/2014 15:30, pietrinipaola1_at_gmail.com ha scritto:
> l'accumulatore ha carica elettrica nulla (carica positiva e negativa
> presente sui morsetti esattamente uguale in modulo). In ogni caso,
> per quanto ne so, esiste un momento di dipolo diverso da zero.
>
> Mi aspetto quindi la presenza di un campo elettrico e quindi di una
> d.d.p. tra ciascun morsetto dell'accumulatore e Terra.
>
> dove sbaglio ?
Non sbagli affatto, come non sbaglia CarloStudente quando scrive "C'รจ
qualcosa che non torna...".
Il problema che hai posto e' di trattazione complessa perche' hai
parlato di un accumulatore, e per una indagarlo a fondo bisogna saperne
abbastanza sia di Fisica che di elettrochimica. Dato che in Chimica mi
considero scarsino, cerco di separare i due aspetti del problema.
- L'aspetto fisico: considera un condensatore di capacita' C composto
da due armature affacciate A e B , nello spazio, lontano da altri corpi,
caricato a una ddp Vab=V, in modo che su ogni armatura sia presente una
carica di modulo |Q|=C*V. Ora avvicinagli un altro corpo conduttore T
elettricamente neutro e magari sferico (come ad esempio un pianeta
umidiccio). La capacita' Cat e Cbt fra armature e T, prima trascurabili,
aumentano: il condensatore C si trova ad essere collegato in parallelo
ai condensatori Cat e Cbt collegati in serie, la sua capacita' totale
diventa C+1/(1/Cat+1/Cbt) e quindi aumenta, |Q| resta invariata e la ddp
fra A e B diminuisce un po'. Se Cat e Cbt sono entrambe << C,
quest'effetto puo' essere trascurabile: ma la ddp fra A e T, e fra B e
T, rimane condizionata dalle capacita' Cat e Cbt. Avrai in particolare
|Vat|*Cat = |Vbt|*Cbt e Vat+Vtb = Vab, e quindi
|Vat| = Cbt*V/(Cat+Cbt),
|Vbt| = Cat*V/(Cat+Cbt).
Se il condensatore e' in posizione verticale, la situazione e'
simmetrica, Cab = Cbt, e Vat = Vtb: il potenziale di T e' medio fra
quello di A e quello di B. Se invece il condensatore e' orizzontale, con
A piu' bassa di B, sara' Cat > Cbt, e quindi |Vat| < |Vbt| : la ddp fra
A e T e' minore (in valore assoluto) di quella fra T e B.
- L'aspetto chimico: riporto quello che ho capito, sperando che
qualcuno piu' versato in Chimica di me (es. Soviet Mario) confermi o
corregga.
Nella stessa posizione di C pensa ora a un elemento di pila, non di
Volta ma di Daniel (mi pare di trattazione piu' semplice), composto
cosi': un disco di zinco, un disco di feltro imbevuto di soluzione 1M di
solfato di zinco, un setto ceramico poroso, un feltro imbevuto di
soluzione salina, un altro setto ceramico poroso, un feltro imbevuto di
soluzione 1M di solfato di rame, un disco di rame; tutto pressato
insieme, racchiuso in una custodia isolante e in condizioni standard di
temperatura e pressione. Schematizzando:
Zn | ZnSO4 aq || KCl aq || CuSO4 aq | Cu
dove '|' rappresenta un contatto e '||' un setto poroso. La sequenza "||
KCl aq ||" e' un ponte salino, in grado di assicurare continuita'
elettrica ai due solfati; tutto il complesso "ZnSO4 aq || KCl aq ||
CuSO4 aq" viene a costituire un unico conduttore elettrico (ionico).
Fra Zn e ZnSO4, lo zinco metallico (anodo) si ossida, immettendo in
soluzione ioni Zn++ e lasciando sul metallo due elettroni per ogni ione,
fin quando nello zinco si stabilisce una carica (negativa) Qzn, e fra
elettrodo e soluzione si stabilisce una ddp pari al potenziale di
elettrodo in grado di bloccare successive ossidazioni, che per questa
semireazione e' di -0.76 V (*). La ddp si stabilisce perche' zinco e
soluzione salina formano un condensatore un po' particolare, dove il
dielettrico e' in realta' una sottilissima pompa chimica che impedisce
il passaggio di cariche da uno all'altro. La sua capacita' Czn e'
piuttosto elevata, data la sottigliezza del "dielettrico".
Fra CuSO4 e Cu, gli ioni Cu++ si riducono, depositando sul catodo rame
metallico in difetto di elettroni e lasciando in soluzione un eccesso di
ioni negativi (SO4-- e OH-), fin quando nel rame si stabilisce una
carica positiva Qcu, e fra elettrodo e soluzione si stabilisce una ddp
pari al potenziale di elettrodo, in grado di bloccare ulteriori
riduzioni, che per questa semireazione e di 0.34 V (*). Anche rame e
soluzione salina formano un condensatore un po' particolare, di
capacita' Ccu.
((*) c'e' da dire che questi potenziali di elettrodo sono misurabili
solo... ricorrendo a un altro elettrodo, per cui sono tutti noti a meno
di una costante additiva, che si fissa convenzionalmente ponendo a zero
il potenziale di elettrodo dell'idrogeno nascente su metallo nobile.
Credo -e chiedo conferma a Mario- che questa scelta sia stata dettata da
ottimi motivi teorici, per cui si possa ritenere che la ddp fra zinco e
soluzione salina sia effettivamente di 0.76 V, anche se in pratica non
e' misurabile; in ogni caso, il ragionamento vale egualmente, con numeri
diversi.)
Le due ddp sono concordi, per cui fra rame e zinco si puo' misurare
(anche con un tester) una ddp di 0.34-(-0.76)=1.1 V (e tale rimane anche
se la costante convenzionale viene fissata in maniera diversa). Nel
complesso salino e' presente una carica (ionica) -Qzn-Qcu, non
necessariamente nulla (non e' detto che Qzn = -Qcu).
La cella Daniel si puo' quindi considerare formata da tre conduttori
(zinco, soluzioni saline, rame) che formano due condensatori in serie,
Czn e Ccu, in parallelo ai quali si possono pensare due generatori
ideali di tensione da 0,76 e 0,34 V che mantengono costanti le due ddp
di carica.
Se, come prima, avviciniamo alla cella un altro corpo conduttore T
elettricamente neutro e magari sferico (come ad esempio un pianeta
umidiccio), diventano non piu' trascurabili le capacita' Cznt, Cst e
Ccut, rispettivamente fra zinco e Terra, soluzioni saline e Terra, rame
e Terra. Le ddp rimangono costanti, grazie ai generatori di tensione, ma
Qzn e Qcu aumentano un po', per la stessa ragione di prima.
Il circuito equivalente e' composto ora da cinque condensatori e due
generatori di tensione. I due condensatori Czn e Ccu in parallelo ai due
generatori di tensione sono inessenziali ai fini della soluzione e
possono venir eliminati: si ottengono due maglie per le quali, con la
relazione Q=C*V, si scrivono tre equazioni in tre incognite.
Non vado a farlo perche' e' inutile. Qualitativamente, e' intuitivo che:
- la ddp fra rame e terra e' maggiore di 0 e inferiore a 1.1 V;
- se uno dei tre condensatori, Cznt, Cst o Ccut, ha capacita' molto
maggiore degli altri due, il potenziale di T e' praticamente eguale a
quello dello zinco, della soluzione salina o del rame.
>> ora pero' avremo cariche elettriche presenti su conduttori e quindi
>> mi aspetto che si verra' a determinare un certo potenziale tra i
>> morsetti stessi e la terra (considerato come un conduttore). Se
>> questo e' corretto e' possibile misurare la d.d.p. esistente tra i
>> morsetti e terra (usando un multimetro od altro strumento) ?
Temo proprio di no :-)
La capacita' fra i cavi di collegamento al multimetro sarebbe
sicuramente molto superiore a quella fra elettrodo e Terra, falsando
irrimediabilmente la misura.
Si potrebbe pensare a misure piu' sofisticate, ma non me me viene in
mente nessuna... se ci fosse un metodo, sarebbe possibile misurare i
*veri* potenziali di elettrodo: basterebbe ampliare il ponte salino e
spiaccicarlo, interponendo un sottilissimo dielettrico, su una piastra
metallica collegata a terra, in modo da avere una grandissima capacita' Cst.
--
TRu-TS
buon vento e cieli sereni
Received on Wed Mar 19 2014 - 02:08:21 CET