Cella di concentrazione - Concentration cell

Nella tecnologia delle batterie , una cella di concentrazione è una forma limitata di una cella galvanica che ha due semicelle equivalenti della stessa composizione che differiscono solo per le concentrazioni . Si può calcolare il potenziale sviluppato da una tale cella usando l' equazione di Nernst . Una cella di concentrazione produce una piccola tensione mentre tenta di raggiungere l'equilibrio chimico , che si verifica quando la concentrazione del reagente in entrambe le semicelle è uguale. Poiché una differenza di concentrazione di un ordine di grandezza produce meno di 60 millivolt a temperatura ambiente, le celle di concentrazione non vengono generalmente utilizzate per l'accumulo di energia.

Una cella di concentrazione genera elettricità dalla riduzione dell'energia libera termodinamica del sistema elettrochimico al diminuire della differenza nelle concentrazioni chimiche nelle due semicelle. La stessa reazione avviene nelle semicellule ma in direzioni opposte, aumentando la concentrazione inferiore e diminuendo la concentrazione maggiore. L'energia viene generata dall'energia termica che la cellula assorbe come calore, mentre l'elettricità scorre. Questa generazione di elettricità dall'energia termica ambientale , senza un gradiente di temperatura , è possibile perché la convergenza delle concentrazioni chimiche nelle due semicelle aumenta l'entropia, e questo aumento più che compensa la diminuzione dell'entropia quando il calore viene convertito in energia elettrica.

I metodi di analisi chimica delle celle di concentrazione confrontano una soluzione di concentrazione nota con una sconosciuta, determinando la concentrazione dell'ignoto tramite l'equazione di Nernst o le tabelle di confronto con un gruppo di standard.

La corrosione della cella di concentrazione si verifica quando due o più aree di una superficie metallica sono a contatto con concentrazioni differenti della stessa soluzione. Esistono due tipi generali di celle di concentrazione.

Le celle di concentrazione possono essere celle di concentrazione degli elettrodi o celle di concentrazione degli elettroliti.

Cella di concentrazione elettrolitica - In questo tipo di cella gli elettrodi in entrambe le semicelle sono costituiti dalle stesse sostanze e l'elettrolita è la soluzione delle stesse sostanze ma con concentrazione diversa.

Cella di concentrazione degli elettrodi - In questo tipo di cella due elettrodi della stessa sostanza ma con concentrazione diversa vengono immersi nella stessa soluzione.

Celle a concentrazione di ioni metallici

In presenza di acqua , esisterà un'alta concentrazione di ioni metallici sotto le superfici di contatto e una bassa concentrazione di ioni di metallo esisterà adiacente alla fessura creata dalle superfici di contatto. Esisterà un potenziale elettrico tra i due punti. L'area del metallo a contatto con la concentrazione più bassa di ioni metallici sarà catodica e sarà protetta, e l'area del metallo a contatto con la concentrazione di ioni metallici più alta sarà anodica e corrosa.

Celle di concentrazione di ossigeno

L'acqua a contatto con la superficie metallica contiene normalmente ossigeno disciolto . Una cella di ossigeno può svilupparsi in qualsiasi punto in cui l'ossigeno nell'aria non è autorizzato a diffondersi uniformemente nella soluzione, creando così una differenza nella concentrazione di ossigeno tra due punti. La corrosione si verificherà nell'area a bassa concentrazione di ossigeno, che è anodica.

Cellule attive-passive

Se un metallo è protetto contro la corrosione da un film passivo che aderisce strettamente (solitamente un ossido ) e depositi di sale sulla superficie in presenza di acqua, il metallo attivo sotto il film sarà esposto ad attacchi corrosivi nelle aree in cui il film passivo è rotto . Si svilupperà un potenziale elettrico tra l'ampia area del film passivo (catodo) e la piccola area del metallo attivo esposto (anodo). Ne risulterà una rapida vaiolatura del metallo attivo.

Guarda anche

Riferimenti

  •  Questo articolo incorpora  materiale di pubblico dominio dal documento National Aeronautics and Space Administration : "Concentration Cell Corrosion" .