Forza elettromotiva

Quando gli elettroni fluiscono attraverso un filo, o gli ioni fluiscono attraverso una soluzione, generano elettricità. Questo flusso di elettroni, o, più specificamente, di carica elettrica, è definito come una corrente elettrica. Ma cosa fa fluire gli elettroni?

Considerate una reazione redox fra rame e zinco. Quando un elettrodo di zinco è inserito in una soluzione di ioni di rame, gli elettroni vengono trasferiti da una sostanza all'altra. Lo zinco, avendo una maggiore tendenza a perdere elettroni, viene ossidato a ioni di zinco, mentre gli ioni di rame vengono ridotti a rame solido.

In questa reazione, gli elettroni fluiscono dallo zinco al rame, ma questa reazione non genera elettricità. Ora, considerate che i reagenti, zinco e rame, siano fisicamente separati e collegati tramite un conduttore esterno, come un filo. La tendenza dei reagenti ad accettare o perdere elettroni persiste ancora, spingendo gli elettroni a fluire attraverso il filo, che collega le due semireazioni.

Questo flusso di elettroni costituisce una corrente elettrica e può alimentare apparecchi elettrici, come una lampadina. La corrente elettrica è misurata in ampere. Un ampere è uguale al flusso di un coulomb di carica elettrica al secondo, corrispondente a 6, 24 10¹⁸ elettroni al secondo.

Il flusso di corrente elettrica è simile all'acqua che scorre lungo una cascata. L'acqua è guidata dalla differenza di energia potenziale gravitazionale, mentre il flusso di elettroni è guidato dalla differenza di energia potenziale elettrica fra i reagenti. Questa differenza di energia potenziale elettrica è descritta dai termini differenza di potenziale, forza elettromotrice o potenziale cellulare.

Il potenziale cellulare è una misura della forza motrice fra due reagenti e la tendenza al trasferimento di elettroni. Il potenziale di cella di due reagenti isolati viene misurato con un voltmetro, che viene letto in tensione di cella. Un volt è correlato a un joule di energia potenziale per un coulomb di carica elettrica.

Un potenziale cellulare elevato indica una grande forza motrice ed una maggiore facilità di trasferimento degli elettroni. Infine, il potenziale cellulare, o forza elettromotrice, dipende dalla natura dei reagenti, dalla temperatura di reazione, e dalla concentrazione di ioni presenti nella reazione.