Esperimenti per creare una batteria con scuola del Fai-da-te

 

Hai già il contenitore e la soluzione di zinco? 

 (presumo si tratti di una soluzione acquosa contenente un sale di zinco, come solfato di zinco ZnSO_4 o cloruro di zinco ZnCl_2). Ora ti servono gli altri componenti essenziali per far funzionare la tua batteria:

 * Due elettrodi (conduttori elettrici): Avrai bisogno di due materiali conduttori diversi che fungano da anodo (elettrodo negativo dove avviene l'ossidazione) e catodo (elettrodo positivo dove avviene la riduzione).

   * Anodo (dove avverrà l'ossidazione dello zinco): Potresti usare un pezzo di zinco metallico (una lamina, un filo, una barretta). Se la tua soluzione già contiene zinco disciolto, potresti considerare un altro metallo meno nobile dello zinco (vedi la serie elettrochimica) come potenziale anodo, ma in genere usare zinco metallico è la scelta più diretta per una batteria "zinco-qualcosa".

   * Catodo (dove avverrà una reazione di riduzione): La scelta del materiale per il catodo dipende da cosa vuoi che reagisca. Ecco alcune possibilità, in base a esperimenti semplici:

     * Rame (Cu): È un materiale comune e meno reattivo dello zinco. Se immergi zinco e rame nella soluzione di zinco, lo zinco tenderà ad ossidarsi più facilmente, cedendo elettroni al rame attraverso un circuito esterno.

     * Grafite (C): La grafite (la mina di una matita, ad esempio) è un buon conduttore e può fungere da elettrodo in molte reazioni.

     * Un altro metallo: Potresti sperimentare con altri metalli meno reattivi dello zinco, come ferro (Fe) o piombo (Pb), anche se le tensioni ottenute potrebbero variare.

 * Un circuito esterno: Per far fluire gli elettroni prodotti dalla reazione chimica e generare elettricità, devi collegare i due elettrodi con un conduttore esterno, come un filo elettrico. Se vuoi rilevare la corrente o la tensione prodotta, puoi inserire nel circuito un dispositivo come un voltmetro o un piccolo LED con una resistenza appropriata.

Come assemblare una semplice cella galvanica (batteria):

 * Immergi i due elettrodi (ad esempio, una lamina di zinco e una lamina di rame) nella soluzione di zinco nel tuo contenitore, assicurandoti che non si tocchino direttamente.

 * Collega un filo elettrico all'elettrodo di zinco e un altro filo all'elettrodo di rame.

 * Collega gli altri estremità dei fili a un dispositivo per misurare la tensione (voltmetro) o per visualizzare la corrente (un piccolo LED con una resistenza in serie).

Cosa aspettarsi:

 * Dovresti osservare una piccola tensione tra i due elettrodi. Il valore della tensione dipenderà dai materiali degli elettrodi e dalla concentrazione della soluzione di zinco.

 * Se colleghi un carico (come un LED), potrebbe accendersi debolmente per un certo periodo di tempo, a seconda della reattività dei materiali e della quantità di zinco che può ossidarsi.

Considerazioni importanti:

 * Concentrazione della soluzione: La concentrazione della soluzione di zinco influenzerà la conducibilità dell'elettrolita e quindi le prestazioni della batteria.

 * Area superficiale degli elettrodi: Una maggiore area superficiale degli elettrodi può portare a una maggiore corrente.

 * Distanza tra gli elettrodi: La distanza tra gli elettrodi influisce sulla resistenza interna della cella.

 * Reazioni chimiche: All'anodo (zinco), avverrà l'ossidazione: Zn(s) \rightarrow Zn^{2+}(aq) + 2e^-. Al catodo (rame, in questo esempio), gli elettroni reagiranno con gli ioni presenti nella soluzione (che potrebbero essere ioni zinco che si depositano o, se la soluzione è neutra o acida, potrebbero ridursi ioni idrogeno 2H^+(aq) + 2e^- \rightarrow H_2(g)).

Per un esperimento più efficace e sicuro, potresti voler utilizzare:

 * Solfato di zinco (ZnSO_4) come elettrolita: È un sale di zinco comune e si dissolve bene in acqua.

 * Zinco metallico (Zn) come anodo.

 * Rame (Cu) come catodo.

Ricorda che questa sarà una batteria primaria (non ricaricabile) e produrrà una tensione limitata. È un ottimo modo per visualizzare i principi di base del funzionamento di una cella elettrochimica!

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