Energie chimique – Pile électrochimique – 3ème – Cours – Physique – Chimie – Brevet des collèges
- Comment une pile peut-elle être une source d’énergie ?
- La constitution des piles électrochimiques.
I. Une réaction chimique produit de l’énergie :
Expérience : On introduit une solution de sulfate de cuivre dans un tube à essai et on relève la température.
Puis, on introduit dans ce tube de la poudre de zinc et on agite. On relève à nouveau la température.
Observations :
ü La couleur bleue disparaît.
ü Un dépôt rougeâtre se forme sur la poudre de zinc.
ü La température de la solution augmente.
Interprétation :
ü Des ions Cuivre II Cu2+ ont été consommés.
ü Du métal Cuivre Cu s’est formé.
ü Des ions Zinc II Zn2+ se sont formés car si on ajoute de la soude à la solution finale, il se forme un précipité blanc.
ü La température augmente lors de la réaction, donc de l’énergie thermique est libérée.
Conclusions:
ü Le sulfate de cuivre réagit avec le zinc : l’ensemble des réactifs possèdent de l’énergie chimique.
ü Lors de la transformation chimique, une partie de cette énergie est transférée à l’extérieur sous forme d’énergie thermique.
II. Fabrication et étude de la pile Cuivre/Zinc.
Nous savons que l’énergie chimique peut donner de l’énergie thermique, mais maintenant nous aimerions transformer cette énergie en énergie électrique. Comment allons-nous faire ?
Expérience :
On plonge deux lames métalliques (électrodes), l’une en cuivre et l’autre en zinc, dans un bécher contenant une solution de sulfate de cuivre. On relie les deux électrodes à un voltmètre. On mesure ensuite l’intensité du courant débité par la pile après avoir inséré une résistance dans le circuit.
Observation :
ü Le voltmètre indique une tension d’environ 1V lorsque sa borne V est reliée à l’électrode de cuivre.
ü L’ampèremètre indique une intensité d’environ 50 mA.
ü L’électrode de zinc est rongée et du métal cuivre se dépose sur l’électrode de cuivre.
ü La solution se décolore
Interprétation :
ü L’électrode de cuivre constitue l’électrode positive de la pile et l’électrode de zinc constitue la borne négative.
ü La pile s’use :
- Du métal Zinc disparaît et des ions Zn2+ apparaissent.
- Des ions Cu2+ disparaissent et du métal cuivre se dépose sur l’électrode de cuivre.
Conclusion :
ü Une pile électrochimique est constituée de deux électrodes de natures différentes, généralement métalliques, plongeant dans une solution conductrice.
ü Lorsque la pile fonctionne, il se produit une transformation chimique
ü Une partie de l’énergie chimique des réactifs est convertie en énergie électrique et une autre partie est transférée à l’extérieur sous forme d’énergie thermique.
ü La consommation des réactifs entraîne « l’usure »de la pile.
III. Les piles :
1. Histoire de la pile :
La première pile porte le nom de son inventeur Alessandro Volta. Mais avant cela, il y a eu bien des controverses. Vers la fin du XVIIIeme siècle, Volta s’opposa aux travaux d’un autre scientifique italien : Galvani. Ce dernier avait constaté que lorsqu’il touchait avec son scalpel en acier une grenouille accrochée par un crochet en cuivre, ces muscles se contractaient comme s’ils étaient soumis à une décharge électrique. Galvani en avait donc conclu que l’électricité était d’origine animale. Volta au contraire prétendit que la grenouille n’était pas à l’origine de l’électricité. Il réussit le premier à créer une pile en empilant des disques de cuivre et des cartons imbibés d’eau salée et de zinc : la pile volta (en fait une pile saline). Il en empila soixante et reçu une décharge électrique. Son expérience eût beaucoup de succès.
2. Les piles du commerce :
Les piles du commerce sont de trois types :
La pile saline (ou pile Leclanché) :
C’est la plus ancienne et la moins chère mais sa durée de vie est courte. Elle délivre une tension de 1,5 V.
On l’utilise pour des utilisations peu exigeantes : réveil, jouets.
La pile alcaline :
De constitution très proche de la pile saline (la grande différence se situe au niveau de l’électrolyte qui dans ce cas est de la potasse – composé alcalin – au lieu du chlorure d’ammonium de la pile saline), elle délivre une tension de 1,5V mais peut fournir des courants plus importants pendant plus longtemps. Elle est plus chère. Elle convient à des usages plus exigeants : appareils photo, mp3.
La pile au lithium :
Elle est encore plus chère, mais délivre beaucoup plus d’énergie que les précédentes. Sa tension peut varier de 1,2V à 3,5V. Elle permet un usage de longue durée.
On l’utilise dans les calculatrices, montre, stimulateurs cardiaques.
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