Les piles

Transferts spontanés directs

Lorsque les espèces chimiques de deux couples oxydant / réducteur réagissent dans un mélange, il y a transfert spontanée direct d’électrons par contact entre l’oxydant d’un couple et le réducteur d’un autre couple

Transferts spontanés indirect d’électrons

Une pile électrochimique est un générateur qui transforme de l’énergie chimique fournie par une réaction d’oxydoréduction spontanée en énergie électrique.

Constitution d’une pile

Une pile est constituée de :
Deux demi-piles formées par deux couples oxydant/réducteur : $Cu^{2 +} / Cu$ et $Zn^{2 +} / Zn$ : la première demi-pile est formé par un métal $Cu_{(s)}$ qui plonge dans une solution contenant les cations métalliques $Cu^{2 +}$ et la seconde par un métal $Zn_{(s)}$ plongeant dans une solution contenant les cations métalliques $Zn^{2 +}$
D’un pont électrolytique, appelé aussi pont salin, qui relie les deux solutions :
- Ces solutions sont appelés électrolytes ou solutions électrolytiques ou ioniques.
- Les deux métaux $Cu_{(s)}$ et $Zn_{(s)}$ , appelés électrodes, constituent les pôles ou les bornes de la pile.

Anode

Cathode

Méthodes de détermination (anode/cathode)

Méthode 1 : observation

L’électrode où se produit l’oxydation représente l’anode, la borne négative de la pile.
L’électrode où se déroule la réduction constitue la cathode, la borne positive de la pile.

Méthode 2 : Schéma conventionnel

La borne positive est toujours placée à droite et le pont électrolytique est représenté par double trait (//)

Méthode 3 : Le quotient de réaction

Le critère d’évolution spontanée permet de connaitre le sens de la réaction qui se déroule pour atteindre l’équilibre et on en déduit les réactions qui se produisent aux électrodes (anode et cathode) et qui donnent ensuite le déplacement des porteurs de charge.

Méthode 4 : Pôle (com,A)

On branche un ampèremètre entre les bornes de la pile.
Si l’ampèremètre indique une intensité du courant électrique positive, alors sa borne COM est donc liée au pôle négatif de la pile, et s’il indique une intensité du courant électrique négative, sa borne COM est liée au pôle positif de la pile.

L’étude Chimique d’une pile

Equation bilan

On remarque selon l’observation que le zinc est une anode et le cuivre est une cathode
Demi Equation d’oxydation
$Z n ⇌ Z n^{2 +} + 2 e^{-}$
Demi Equation de réduction
$Cu^{2 +} + 2 e^{-} ⇌ Cu$
Equation bilan
$Zn + Cu^{2 +} ⇌ Zn^{2 +} + Cu$

Tableau d’avancement

Production d’énergie

La quantité d’électricité

La quantité d’électricité Q qui traverse le circuit extérieur pendant une durée de fonctionnement d’une pile est donnée par la relation suivante :
$Q = I \times Δ t = n (e^{-}) \times F$
Expression de Q en fonction de $n (e^{-})$ la quantité de matière d’électrons échangés
$Q = n (e^{-}) \times F$
Expression de Q en fonction de I l’intensité de courant débité par la pile pendant une durée \Delta t
$Q = I \times Δ t$
Avec
F : représente la constante de Faraday
$n (e^{-})$ : la quantité de matière d’électrons échangés
I : L’intensité du courant produite
La capacité $C_{p}$ d’une pile
La capacité $C_{p}$ d’une pile est la quantité d’électricité maximale $Q_{m a x}$ qu’elle peut fournir avant d’être usée :
$Q_{max} = I \cdot Δ t_{max}$
Avec :
$Δ t_{m a x}$ : la durée de vie de la pile

La variation de masse $Δ m$

Lors d’une pile fonctionne, on remarque que pour le métal qui représente l’anode, il y aura une masse perdue, et pour le métal qui représente la cathode, il y aura une masse ajoutée
On appelle cette variation, la variation de masse $Δ m$
On peut calculer la variation de masse à travers la relation
$Δ m = Δ n \times M$
Avec
$Δ m$ : La variation de masse
$Δ n$ : La variation de la quantité de matière (le tableau d’avancement)
M : La masse molaire

Les piles

Transferts spontanés directs

Transferts spontanés indirect d’électrons

Constitution d’une pile

Anode

Cathode

Méthodes de détermination (anode/cathode)

Méthode 1 : observation

Méthode 2 : Schéma conventionnel

Méthode 3 : Le quotient de réaction

Méthode 4 : Pôle (com,A)

L’étude Chimique d’une pile

Equation bilan

Tableau d’avancement

Production d’énergie

La quantité d’électricité

La variation de masse Δm

La variation de masse $Δ m$