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