2. La conduction métallique.

La conduction du courant électrique.
1. Structure des métaux.
1.1. Observation à l’œil nu.
1.2. Observation au microscope optique.
1.3. Observation au microscope électronique.
Sur la surface dune lame d'or on distingue des structures
cristallines, qui se sont formées au moment de la
solidification du métal fondu.
1.4. Conclusions
A retenir …
Un métal est formé d'atomes identiques
Les atomes sont rangés régulièrement formant des structures géométriques
caractéristiques appelées cristal.
La stabilité du cristal métallique est due aux électrons libres ainsi
dénommés à cause de leurs mouvements aléatoires qui les conduisent à
changer sans cesse d'atome
2. La conduction métallique.
Un circuit électrique est une suite continue d'éléments métalliques dans lesquels, en l'absence de
tension appliquée, les mouvements désordonnés des électrons ne font apparaître aucun courant.
Lorsque le circuit est bouclé sur un générateur, la différence d'état
électrique aux bornes du générateur provoque un mouvement d'ensemble
des électrons libres, de la borne vers la borne . Le générateur se
comporte comme une pompe à électrons.
Le courant paraît instantané par un effet de vitesse de groupe car en réalité
les électrons se déplacent lentement dans le conducteur (quelques dizaines
de centimètres par heure.)
Lorsque les électrons en mouvement traversent le filament de la lampe ils doivent accélérer car il
ne saurait y avoir d'accumulation de charges; la tension aux bornes de la lampe deviendrait
rapidement plus grande que la tension appliquée
Cette augmentation de vitesse des électrons multiplie les chocs, ce qui à notre échelle se traduit
par un échauffement : le filament est porté à incandescence.
3. Cas des solutions conductrices
3.1. Que d'eau, que d'eau ! .....
Les expériences faites en cinquième avaient permis de conclure qu'une eau pure est une eau
biologiquement pure, mais que seule l'eau distillée était de l'eau pure au sens chimique du
terme.
Pour le vérifier on verse dans un électrolyseur des volumes égaux
(100 mL) d'eaux naturelles, de façon à ce que les conditions de
mesures soient comparables.
L'intensité du courant qui traverse l'électrolyseur est notée dans le
tableau suivant
Eau distillée
Au robinet
Volvic
Vichy(dégazée)
L'eau distillée est pratiquement un isolant, elle ne laisse passer
aucun courant
L'eau du robinet conduit le courant car comme toutes les eaux
naturelles elle dissout les sels des roches qu'elle traverse lors de la
migration des nappes phréatiques.
L'eau de Contrexéville conduit
mieux le courant que l'eau d'Evian
car elle dissout neuf fois plus de minéraux
Sur les étiquettes ces minéraux apparaissent sous formes d'édifices atomiques chargé que l'on
appelle ions
3.2. Vérification
Dans une éprouvette graduée on prépare une solution en mélangeant 5 mL de solution d'acide
chlorhydrique avec de l'eau distillée en quantité suffisante pour obtenir 100 mL de solution.
L'étiquette nous rappelle que la solution d'acide chlorhydrique est une dispersion d'ions
chlorure Cl- et d'ion hydronium H+ qui lui confère son caractère d'acide
On mesure l'intensité du courant qui traverse l'électrolyseur
I = ....
Dans une éprouvette graduée on prépare une solution en mélangeant une pincée de sel de
cuisine avec de l'eau distillée en quantité suffisante pour obtenir 100 mL de solution, et on
refait l'expérience précédente
L'intensité du courant qui traverse l'électrolyseur
I = ....
La mise en solution de sel de cuisine, alias chlorure de sodium, libère les ions hydratés
sodium Na+ et chlorures Cl- qui augmentent la conductivité de l'eau
NaCl
Na+ + Cl-
On répète l'expérience avec du sucre qui donne une dispersion de molécules de saccharose
dans l'eau, la conductivité du milieu n'est pas modifiée.
A retenir …
Les solutions qui conduisent l'électricité sont des solutions ioniques.
3.3. Couleurs des ions
Une solution de chlorure de potassium KCl est incolore, les ions K+ et Cl- en solution sont
incolores
Une solution de permanganate de potassium KMnO4 libère des ions K+ et MnO4-. Les ions K+
étant incolores ce sont les ions MnO4- qui donnent la couleur violette à la solution.
De même, ne solution de chlorure de cuivre CuCl2 libère des ions chlorure Cl- et des ions
cuivre Cu2+ qui colorent la solution en bleu turquoise.
3.4. Porteur de charges
Dans une boîte de Pétri contennant de l’eau acidifiée on dispose deux
électrodes entre lesquelles on établit une tension de quelques volts
Dans l’espace séparant les électrodes on laisse tomber quelques cristaux
de permanganate de potassium KMnO4
Dans un premier temps on observe la dislocation du cristal et les ions
permanganate lourds et volumineux se répandent à l’entour. Puis sous
l’action du champ électrique, on observe une migration des ions
permanganate vers l'électrode
de l'électrolyseur.
On répète cette expérience avec le chlorure de cuivre.
L'observation est plus délicate, car la dislocation du cristal se double d’une
rapide dispersion des ions cuivre sous l’effet de l’agitation thermique. Les
électrodes en « charbon » plus résistantes produisent un champ électrique
moins intense. Avec du temps on finit par observer un coloration bleu plus
intense due à une migration des ions cuivre qui finissent par se déposer sur
l'électrode
4.
de l'électrolyseur.
Un peu de vocabulaire
A retenir …
L'électrode
de l'électrolyseur est appelée Anode
L'électrode de l'électrolyseur est appelée Cathode
Les ions positifs qui migrent vers la cathode sont des Cations
Les ions négatifs qui migrent vers l'anode sont des Anions
Dans une électrolyse les porteurs de charges sont les ions en solution