La pile de Volta
Pour présenter une autre méthode permettant de créer une différence de potentiel entre deux électrodes, il convient de mesurer la tension d’une pile de Volta isolée, puis celle de deux piles de Volta montées en série.
Les fondements scientifiques de cette expérience
C’est en 1799 qu’Alessandro Volta a décrit pour la première fois une pile galvanique. La différence entre la pile de Volta et celle de Daniell réside dans le fait que, bien que les deux soient constituées de cuivre et de zinc, dans la pile de Volta, les solutions présentes dans les deux demi-piles sont de l’acide sulfurique dilué.
Le zinc réagit avec l’acide sulfurique dilué pour former du sulfate de zinc et de l’hydrogène. L’oxydation du zinc, qui se dissout et produit des ions, permet la réduction des ions hydrogène en hydrogène moléculaire, selon les équations suivantes.
Le fait de relier les électrodes à l’aide d’un fil permet aux électrons de circuler du zinc vers le cuivre. Lorsque les électrons atteignent la surface du cuivre, ils réduisent les ions hydrogène, ce qui provoque la formation de bulles sur l’électrode de cuivre. La formation d’un film d’hydrogène moléculaire à la surface des électrodes entraîne une diminution de la tension dans la pile voltaïque et la protège ainsi des ions hydrogène présents dans la solution.
Matériel utilisé
- Multimètre numérique — ELE-001
- 1 × Fil de raccordement, rouge — ELE-005, ELE-006
- 2 × fils de raccordement, noirs — ELE-007, ELE-008
- 4 pinces crocodiles — ELE-009
- 2 électrodes en cuivre — CHE-018
- 2 électrodes en zinc — CHE-017
- 2 × Couvercles de cuvettes de test — CHE-021
Produits chimiques et réactifs
- Acide sulfurique 0,5 M — R : 35 S : 26-30-45
Questions destinées aux élèves
- Notez les tensions mesurées pour une cellule seule, deux cellules en série et deux cellules en parallèle.
- Où y a-t-il un dégagement de gaz ? De quel gaz s’agit-il ?
- Que se passe-t-il lorsqu’on met les cellules en court-circuit ? Pourquoi ?
À quoi s’attendre
Pour une seule cellule et pour deux cellules en parallèle, la tension est d'environ 1,05 V, mais elle diminue rapidement pour atteindre environ 0,90 à 0,95 V. La tension mesurée pour un montage en série (environ 1,8 V) correspond à la somme des tensions de chaque cellule. Sur l'électrode de zinc, les ions hydrogène sont réduits en hydrogène. Au cours de l'observation, l'électrode de zinc produit des bulles. Dans cette deuxième expérience également, l’électrode de zinc produit des bulles d’hydrogène. Après cette opération, des bulles apparaissent non seulement sur l’électrode de zinc, mais aussi sur les électrodes de cuivre. Les électrons circulent vers les électrodes de cuivre et les ions hydrogène sont également réduits au niveau de cette électrode. La présence dans le circuit d’un instrument de mesure (voltmètre) à haute résistance entrave le passage des électrons, de sorte que la réduction des ions hydrogène se produit presque entièrement au niveau de l’électrode de zinc, car la quantité d’électrons atteignant l’électrode de cuivre est très faible.
Élimination
Versez la solution dans le récipient destiné aux déchets.
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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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