La cellule de Daniell

Mettre en place des piles galvaniques cuivre-zinc avec deux concentrations différentes de solutions de sel métallique, et mesurer leur différence de potentiel.

Les fondements scientifiques de cette expérience

Matériel utilisé

Produits chimiques et réactifs

Questions destinées aux élèves

À quoi s’attendre

La tension observée se situe entre 1,09 et 1,1 V dans chaque expérience, même si les concentrations sont différentes. Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu + 0,34 V ; Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn⁻ 0,76 V. La tendance du zinc à perdre des électrons et à produire des ions est plus forte que celle du cuivre, de sorte que l'électrode de zinc présentera une concentration d'électrons plus élevée. Une fois le circuit fermé, les électrons circuleront du métal présentant la concentration (potentiel) la plus élevée vers celui présentant la concentration la plus faible. Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ (processus d’oxydation ; anode –) Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (processus de réduction, cathode +). Il est important de retenir que la cathode est le lieu où se produisent les réductions, tandis que l’anode est le lieu où se produisent les oxydations. Dans ces piles, on utilise un processus chimique pour obtenir un courant électrique. Il existe un autre type de pile, la pile électrolytique, dans laquelle l’application d’une tension continue produit un processus chimique. Les électrodes sont toujours appelées anode et cathode, mais, dans ce cas, l’anode (où la réaction reste un processus d’oxydation) est le pôle positif, tandis que la cathode (où la réaction reste une réduction) est le pôle négatif. Lorsqu’un fil relie les deux électrodes, les électrons peuvent le traverser (c’est-à-dire qu’il y a un courant) depuis l’électrode de zinc et atteindre l’électrode de cuivre pour neutraliser ses charges positives (réduction des ions cuivre et formation de cuivre métallique). Comme des électrons sont soustraits de l’électrode de zinc, de nouveaux ions zinc vont entrer en solution pour rétablir l’équilibre. La réaction s’arrêterait rapidement car la solution de zinc deviendrait de plus en plus positive et la solution de cuivre de plus en plus négative, mais le pont salin permet aux électrons de circuler entre les deux solutions. En raison de ces réactions, l’électrode de zinc (celle négative où se produit le processus d’oxydation, également appelée anode) s’amincit progressivement tandis que l’électrode de cuivre (celle positive où se produit le processus de réduction, également appelée cathode) s’épaissit. Comme toute pile, ce type de pile a une durée de vie limitée. Les électrodes subissent des réactions chimiques qui bloquent le flux d’électricité. La force électromotrice diminue et la pile cesse de fonctionner. Généralement, la production d’hydrogène au niveau de l’électrode de cuivre et l’accumulation de dépôts d’oxydes sur l’électrode de zinc agissent toutes deux comme des barrières entre les métaux et les électrolytes. C’est ce qu’on appelle la polarisation des électrodes. Pour obtenir une durée de vie plus longue ainsi que des tensions et des intensités de courant plus élevées, il est nécessaire d’utiliser des électrolytes mieux adaptés à cet usage. Les piles disponibles dans le commerce, outre leur électrolyte habituel, contiennent des substances chimiques ayant une affinité pour l’hydrogène, qui se combinent avec celui-ci avant qu’il ne puisse polariser les électrodes.

Élimination

Versez les solutions dans le conteneur à déchets.

Réalisez cette expérience dans votre classe

Cette expérience s'inscrit dans le cadre d'ATP Volta, un laboratoire scientifique mobile autonome qui transforme une salle de classe ordinaire en véritable laboratoire dédié aux STEM, proposant plus de 200 expériences en physique, chimie, biologie, robotique et ingénierie. « Gali », le tuteur basé sur l'IA intégré à ATP Connect, guide les élèves à chaque étape et répond à leurs questions directement au poste de travail.

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