Celle galvaniche vs celle elettrolitiche: differenza e confronto

Le celle galvaniche o elettrolitiche sono uno dei componenti più importanti, estremamente necessari nell'industria dei semiconduttori e non solo.

Le celle galvaniche vengono utilizzate nelle batterie, aiutandoci ad alimentare elettrodomestici di ogni dimensione, mentre le celle elettrolitiche vengono utilizzate per la galvanoplastica. Il meccanismo e la resa di entrambe le celle sono diversi. 

Punti chiave

1. Le celle galvaniche generano energia elettrica attraverso reazioni redox spontanee, mentre le celle elettrolitiche consumano energia elettrica per guidare reazioni non spontanee.
2. Nelle celle galvaniche, l'anodo è il sito di ossidazione e il catodo è il sito di riduzione; nelle celle elettrolitiche, l'anodo è dove si verifica la riduzione e il catodo è dove si verifica l'ossidazione.
3. Le celle galvaniche sono comunemente utilizzate nelle batterie, mentre le celle elettrolitiche sono impiegate in processi come la galvanica e l'elettrolisi.

Celle Galvaniche vs Celle Elettrolitiche

Le celle galvaniche generano energia elettrica da una reazione redox spontanea tra due elettrodi metallici, creando un flusso di elettroni per produrre energia elettrica. Le celle elettrolitiche utilizzano l'energia elettrica per guidare una reazione redox non spontanea, producendo metalli, metalli purificanti e metalli placcati.

Le celle galvaniche sono anche conosciute come celle elettrochimiche in cui avviene una reazione spontanea per produrre elettricità.

Le celle galvaniche sono costituite da due semicelle poste in contenitori diversi e collegate da un ponte salino o da un divisorio poroso. 

Le celle elettrolitiche possono essere descritte come l'opposto delle celle galvaniche in quanto convertono l'energia elettrica in energia chimica.

Nelle reazioni complessive, l'energia di Gibbs è positiva e quindi le reazioni redox non spontanee avvengono in una cella elettrolitica. 

Tavola di comparazione

Parametri di confronto	Celle galvaniche	Celle Elettrolitiche
Definizione	Le celle galvaniche sono celle elettrochimiche in grado di produrre elettricità.	Le celle elettrolitiche sono anche celle elettrochimiche ma usano l'energia elettrica per facilitare le reazioni chimiche.
Conversione	Le celle galvaniche convertono l'energia chimica in energia elettrica.	Le celle elettrolitiche convertono l'energia elettrica in energia chimica.
Reazione	In una cella galvanica avviene una reazione spontanea.	Nelle celle elettrolitiche avvengono reazioni redox non spontanee.
oneri	La carica negativa è all'anodo mentre la carica positiva è al catodo.	La carica negativa è al catodo mentre la carica positiva è all'anodo.
Ossidazione	Il processo di ossidazione avviene all'anodo.	L'ossidazione avviene al catodo.
Collocamento	Le mezze celle sono collocate in diversi contenitori e sono collegate tramite un ponte salino.	In una soluzione elettrolitica, gli elettrodi sono posti nello stesso contenitore.
Applicazioni	Utilizzato nelle batterie.	Principalmente utilizzato nella galvanica e anche nella purificazione del rame.

Cosa sono le celle galvaniche?

In una cella galvanica la reazione redox che provoca il trasferimento di elettroni tra le specie è spontanea. E questa quantità di lavoro elettrico è svolta dall'energia di Gibbs per la reazione spontanea.

Le due semicelle di una cella galvanica sono conservate separatamente in due contenitori e collegate tramite un ponte salino. Gli elettrodi metallici presenti in ciascuna semicella sono immersi in una soluzione elettrolitica.

Se gli elettrodi sono immersi nello stesso elettrolita, non è necessario il ponte salino. 

Ci sono sei parti in una cella galvanica, vale a dire, anodo, catodo, ponte salino, semicelle, un circuito esterno e carico.

In questa cella l'anodo ha un potenziale negativo e il catodo ha un potenziale positivo, entrambi riguardanti la soluzione.

Quindi, quando l'interruttore è acceso, a causa della differenza di potenziale creata, gli elettroni iniziano a fluire dall'anodo al catodo. 

Il concetto di celle galvaniche/elettrochimiche è stato introdotto per studiare le proprietà termodinamiche dei sali fusi. Di seguito è riportata la reazione della cella di Daniel, un tipo di cella galvanica.

Al catodo: Cu 2+ + 2e– → Cu (ridotto)

All'anodo: Zn → Zn2+ + 2e– (ossidato)

Le celle galvaniche sono un esempio di come una semplice reazione produca energia e come questa possa essere utilizzata per produrre elettricità. Queste celle vengono utilizzate nelle batterie. 

Cosa sono le celle elettrolitiche?

 Mentre le celle voltaiche (galvaniche) sono guidate da reazioni chimiche spontanee, le celle elettrolitiche sono guidate da reazioni redox non spontanee.

Converte l'energia elettrica in energia chimica, esattamente l'opposto delle celle galvaniche. In una cella elettrolitica, l'ossidazione avviene al catodo mentre la riduzione avviene all'anodo.

Questo a volte crea confusione perché l'ossidazione avviene nell'anodo. Quindi, è più facile ricordare che, in una cella elettrolitica, l'anodo è positivo mentre il catodo è negativo. 

L'energia di Gibbs complessiva è positiva in quanto le reazioni non sono spontanee. Le celle elettrolitiche possono essere utilizzate per l'elettrolisi di alcuni composti, come l'acqua.

Se l'acqua viene elettrolizzata utilizzando una cella elettrolitica, avrà luogo la formazione di ossigeno gassoso e idrogeno.

Il meccanismo di una cella elettrolitica può essere ben compreso utilizzando l'esempio del cloruro di sodio fuso (NaCl). Di seguito sono riportate le reazioni cellulari.

Al catodo: [Na+ + e– → Na] x 2 (ridotto)

All'anodo: 2Cl– → Cl2 + 2e– (ossidato)

Reazione cellulare: 2NaCl → 2Na + Cl2

Per eseguire le suddette reazioni, due elettrodi vengono immersi nel NaCl fuso e quando l'elettricità passa attraverso il circuito, il catodo si carica negativamente.

Quindi, gli ioni di sodio (caricati positivamente) sono attratti verso il catodo e quindi formano sodio metallico durante la riduzione.

Principali differenze tra celle galvaniche e celle elettrolitiche

1. Le celle galvaniche sono celle elettrochimiche che possono produrre elettricità mentre le celle elettrolitiche sono anche celle elettrochimiche ma usano l'energia elettrica per facilitare le reazioni chimiche.
2. Le celle galvaniche convertono l'energia chimica in energia elettrica mentre le celle elettrolitiche convertono l'energia elettrica in energia chimica.
3. In una cella galvanica avviene una reazione spontanea mentre, nelle celle elettrolitiche, avvengono reazioni redox non spontanee.
4. In una cella galvanica, la carica negativa è all'anodo mentre la carica positiva è al catodo mentre, in una cella elettrolitica, è il contrario. 
5. Il processo di ossidazione avviene all'anodo in una cella galvanica ma nel caso di una cella elettrolitica avviene nel catodo.
6. Le semicelle sono poste in contenitori diversi in una cella galvanica mentre nelle celle elettrolitiche gli elettrodi sono presenti nello stesso contenitore. 

Bibliografia

1. https://avesis.marmara.edu.tr/yayin/17177586-0673-4859-9b7c-66eafdae92d7/prospective-teachers-conceptual-understanding-of-electrochemistry-galvanic-and-electrolytic-cells
2. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/(SICI)1098-2736(199704)34:4%3C377::AID-TEA7%3E3.0.CO;2-O