piles et formules de Nernst

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Rabeux Michel
Pile et formule de Nernst
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Pile et formule de Nernst
II . Définition et s
tructure d’une pile
1. Généralités
Au cours d'une réaction d'oxydo
Cette échange peut se faire directement entre les deux couples ou en assurant le transfert
d'électrons à l'aide d'un pont de jonction entre les deux couples séparés. Dans ce deuxième
cas, on réalise une pile.
2. Définition
Une pile est un dispositif chimique susceptible de fournir de l’énergie électrique à l’aide
de réactions chimiques.
Elle est constituée de deux cellules distinctes, la continuité électrique est réalisée par un pont
salin. Chaque cellule est appelée dem
redox. Chaque cellule comporte une électrode.
L’électrode où a lieu l’oxydation est
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Pile et formule de Nernst
tructure d’une pile
Au cours d'une réaction d'oxydo
-
réduction, il y a échange d'électrons entre
Cette échange peut se faire directement entre les deux couples ou en assurant le transfert
d'électrons à l'aide d'un pont de jonction entre les deux couples séparés. Dans ce deuxième
Une pile est un dispositif chimique susceptible de fournir de l’énergie électrique à l’aide
Elle est constituée de deux cellules distinctes, la continuité électrique est réalisée par un pont
salin. Chaque cellule est appelée dem
i pile et contient les deux espèces chimiques d’un couple
redox. Chaque cellule comporte une électrode.
L’électrode où a lieu l’oxydation est
l’anode
, l’électrode où a lieu la réduction est la
pile Volta ( cuivre zinc ) ( 1800 )
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Pile et formule de Nernst
Pile et formule de NernstPile et formule de Nernst
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réduction, il y a échange d'électrons entre
deux couples.
Cette échange peut se faire directement entre les deux couples ou en assurant le transfert
d'électrons à l'aide d'un pont de jonction entre les deux couples séparés. Dans ce deuxième
Une pile est un dispositif chimique susceptible de fournir de l’énergie électrique à l’aide
Elle est constituée de deux cellules distinctes, la continuité électrique est réalisée par un pont
i pile et contient les deux espèces chimiques d’un couple
, l’électrode où a lieu la réduction est la
cathode

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3. La pile Daniell
e
-
e
-
- +
électrode électrode
en zinc en cuivre
pont de
jonction
Zn
2+
Cu
2+
le pont de jonction contient une solution d'un sel ( KNO
3
) immobilisée dans un gel
Lorsque le circuit est refermé par une résistance, un courant circule de la lame de cuivre
( pôle + ) vers la lame de zinc ( pôle - ) ( à l'extérieur de la pile ).
K°
La constante K° est très élevée, l’équilibre est fortement déplacé dans le sens direct
Il y a réduction de Cu
2+
et oxydation de Zn
La lame de cuivre est la cathode et la lame de zinc est l’anode
A l’extérieur de la pile les électrons circulent de l’anode vers la cathode
L’anode sera le pôle négatif de la pile et la cathode le pôle positif
Le schéma conventionnel de la pile est : 
 correspond au pont de jonction
4. Electrolyseur
Dans un électrolyseur, un générateur extérieur impose les réactions chimiques aux électrodes
La réduction se produit à la cathode ( reliée au pôle - du générateur ), l’oxydation se produit
à l’anode ( reliée au pôle + du générateur ).
Un accumulateur fonctionne de façon réversible.
III . Potentiel d’électrode
1. La formule de Nernst
Aux bornes d’une pile on mesure une différence de potentiel ( f.e.m. ), le potentiel est donc
déterminé à une constante près, le choix d’une électrode de référence ( potentiel nul ) permet
de déterminer le potentiel d’autres électrodes.
La formule qui permet de calculer le potentiel d’électrode d’un couple redox ( en équilibre
électrochimique ) est la formule de Nernst ( formule qui se démontre à partir de la
thermodynamique en utilisant la fonction enthalpie libre G ).
α β
α
β
 en V
potentiel redox dans les conditions standards  le faraday 
a
Ox
et a
Red
les activités de Ox et Red

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Dans le cas des solutions diluées 
avec 
Dans le cas d'un solide 
Dans le cas d'un gaz ( supposé parfait )  avec 
à  le facteur  peut être remplacé par
à   
α
β
 on peut même remplacer 0,059 par 0,06
2. F.e.m d’une pile
Soient deux couples  et  réalisant une pile :
α β
α β
α β β α
La fem de cette pile est  
α
β
α
β
 à 
α β
β α
α β
β α
 avec 
Pour la pile Daniell 
3. Durée de fonctionnement de la pile, capacité de la pile
La pile cesse de fonctionner lorsqu’il n’y a plus d’échange d’électrons, la fem à ces bornes
est nulle.
Si la réaction est considérée comme totale, elle s’arrête par défaut d’un des réactifs
La capacité de la pile est la quantité d’électricité qu’elle peut faire circuler
L’unité usuelle est l’ampèreheure  

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4. Les différentes espèces d’électrodes
 Les électrodes de la première espèce 
Elles sont constituées par un élément en contact avec une solution contenant un ion relatif à
cet élément.
 électrode métallique ( ex : électrode de zinc | )
Zn
ZnSO
4
 à 25°C
 électrode à gaz ( ex : électrode à hydrogène  )
H
2
Pt
à 25°C
Dans le cas d'une E.S.H. ( électrode standard à hydrogène )
 et pH = 0 
 Les électrodes de la deuxième espèce
Elles sont constituées par un métal recouvert d'un sel ou d'un oxyde peu soluble de ce métal
plongeant dans une solution contenant l'anion du sel ( ou des ions hydroxyde ).
 électrode
Ag
AgCl
s
Cl
-
Cette électrode peut servir à mesurer la
concentration des ions 

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 électrode 
 électrode au calomel 
Cette électrode est souvent utilisée saturée en KCl
( E.C.S. ) dans ce cas [ Cl
-
] = s = C
te
à une température
donnée. Cette électrode peut servir de "référence".
 Les électrodes de la troisième
Elles sont constituées par une électrode métallique inattaquable ( ex : Pt ) plongeant dans une
solution contenant l'oxydant et le réducteur d'un même couple.
 électrode 
Pt
solution de FeSO
4
et de Fe
2
(SO
4
)
3