Question bête pile daniell

[am13]

bonjour,

si je prends l'exemple de la pile Daniell, je me demandais comment Zn "sent-il à distance" que de l'autre côté, dans l'autre compartiment, il y a une espèce qui est avide de ses électrons (Cu2+) ?
en effet, si on remplaçait par la pensée Cu2+ par un ion moins oxydant que Zn2+, comment Zn ferait-il pour savoir que le transfert est impossible, autrement dit comment ferait-il pour savoir si de l'autre côté il y a une espèce susceptible ou pas de recevoir ses électrons?
Dans le cas d'une réaction chimique rédox dans un seul et même compartiment, la question ne se pose pas puisque les réactifs sont directement en contact donc si l'espèce n'est pas suffisamment avide d'électrons, le transfert ne se fera pas mais dans le cas d'une pile où les compartiments sont séparés je me demandais comment ça se passait ...
merci pour vos réponses !
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[am13]

re
je me relis et je trouve que ce n'est pas très clair ...
donc je réessaie ...
Imaginons que le Zn envoie ses électrons avec une force F vers l'autre compartiment, cette force va dépendre de l'espèce chimique qui se trouve en face (je l'appellerai X) et notamment de l'appel de X vis à vis des électrons.
Ma question est la suivante: comment uniquement à travers un fil Zn peut-il ressentir l'appel plus ou moins grand de X ?

[mach3]

Commencer par jeter un oeil au fils suivants :

http://forums.futura-sciences.com/ph...-batterie.html (notamment ce message là : http://forums.futura-sciences.com/ph...ml#post5748964 )

http://forums.futura-sciences.com/ch...ons-redox.html

si besoin d'explication complémentaires, ne pas hésiter.

m@ch3

[am13]

merci mach 3, je viens de lire ton excellente explication dans la discussion "borne + ..." et c'est exactement ce que je cherchais, je comprends très bien maintenant le besoin du pont ionique et du fil pour permettre l'établissement d'un courant.
merci encore, sujet clos

am13

[A voir en vidéo sur Futura]

[am13]

rebonjour, en refaisant le raisonnement que tu as si bien expliqué, une petite question reste en suspens pour moi concernant les petites charges sur les armatures.
Quand on a le "bain" de Cu2+ avec l'armature de cuivre qui trempe, si Cu2+ vient arracher des é à l’armature de Cu, comment se fait-il que l’armature se charge positivement ?
En effet, si Cu2+ enlève des électrons aux atomes de Cu de l’armature, alors Cu2+ devient Cu mais (c'est là le hic pour moi) l’atome de Cu auquel on a arraché 2 é passe en solution sous forme de Cu2+ donc normalement, il n’y a pas de charges sur l’armature puisque l’état final est identique à l’état initial …

J'ai ainsi du mal à voir comment les armatures peuvent se charger puisque pour moi, on a toujours Cu2+ + Cu --> Cu + Cu2+ ...

merci

[mach3]

En effet, si Cu2+ enlève des électrons aux atomes de Cu de l’armature, alors Cu2+ devient Cu mais (c'est là le hic pour moi) l’atome de Cu auquel on a arraché 2 é passe en solution sous forme de Cu2+ donc normalement, il n’y a pas de charges sur l’armature puisque l’état final est identique à l’état initial …

attention, c'est au morceau de cuivre métallique dans son intégralité que les électrons sont pris, pas à un atome individuel. Le cuivre métallique est conducteur, il comporte de nombreux électrons libres (ceux qui permettent justement la conduction), qui sont relativement facile à arracher. On peut voir, d'une manière simplifiée, le cuivre métallique comme un assemblage d'ions cuivre baignant dans une mer d'électron libres.

Alors bien sûr, du cuivre métallique chargé positivement aura une tendance plus grande à "cracher" des ions cuivres que du cuivre métallique neutre (ou chargé négativement), et à "refuser l'entrée" à des ions cuivre supplémentaires, surtout si en face, la solution est chargée négativement, mais tout cela est statistique, dépendant du nombre d'ions cuivre déjà présents dans la solution en contact. Et c'est cette statistique qui est encodée dans les potentiels électrochimiques.

Plus il y a d'ions cuivre dans la solution, plus il arrive souvent que l'un d'eux, au hasard de ses mouvements erratiques, tape sur l'électrode, et éventuellement y forme une liaison (augmentant positivement la charge électrique de l'électrode et négativement la charge de la solution). En contrepartie, plus l'électrode est chargée positivement, plus elle exerce une force répulsive sur les ions cuivre (et la solution chargée négativement, exerce une rétention sur ses ions), et réduit la fréquence à laquelle ceux-ci viennent taper sur l'électrode.
En même temps que cela, les atomes de cuivre de l'électrode possèdent une certaine agitation thermique, qui a elle seule, peut, très très ponctuellement, éjecter l'un d'eux sous forme d'ion. Le phénomène est fortement assisté par les molécules d'eau ce qui le rend relativement fréquent en contact avec l'eau (parce qu'un morceau de cuivre à l'air libre ne rayonne pas des ions cuivre de façon significative en revanche...). Une électrode de cuivre a donc une tendance naturelle à perdre des ions cuivre quand elle est plongée dans l'eau et à se charger négativement (la solution se chargeant positivement). En contrepartie, plus elle est chargée négativement et la solution positivement, plus le départ des ions cuivre est difficile (et plus ceux qui sont perdus sont repêchés rapidement).

Au bilan, quand on trempe une électrode de cuivre dans une solution, il y a des flux d'ions cuivre qui apparaissent, de l'électrode vers la solution et de la solution vers l'électrode. Le flux net sera non nul transitoirement, le temps que solution et électrode acquièrent une très très très légère charge, qui compensera exactement les tendances (autant d'ions cuivre se liant à l'électrode que d'ions cuivre perdus par l'électrode). Cette charge dépend de la concentration en ion cuivre dans la solution.

Par exemple, si la solution ne contient pas du tout d'ions cuivre, il y aura au départ un flux net de l'électrode vers la solution, qui ne s'arrêtera que quand il y aura assez d'ion cuivre dans la solution (ce sera très faible hein, l'eau ne se colore pas en bleu quand on trempe du cuivre dedans...) pour compenser ce flux en revenant taper l'électrode, compte-tenu du champ électrique qui se sera développé. A noter qu'en plus le phénomène est très local, statistiquement les ions ne s'éloignent guère de l'électrode à cause du champ électrique qui se développe.

A l'inverse, si la solution contient vraiment beaucoup beaucoup d'ions cuivre, le flux net sera dans l'autre sens, mais s'arrêtera rapidement, ici principalement à cause du champ électrique (electrode chargée positivement, solution négativement) qui se mettra à repousser fortement l' "assaut" des ions cuivre (la concentration en ions cuivre va baisser, mais de manière trop peu significative).
On peut noter qu'il est possible qu'une concentration assez élevée pour que cela se produise puisse ne pas être atteinte en pratique (je ne sais pas ce qu'il en est pour le cuivre en particulier), dans ce cas la charge n'est jamais positive sur l'électrode, mais ça ne l'empêche pas d'être une cathode (il suffit qu'elle soit moins chargée négativement que l'anode pour que ça marche).

A noter qu'il existe théoriquement une concentration précise où il ne se passe "rien" en flux net (on est dans une situation où le flux d'ions cuivre venant de la solution se trouve naturellement être égal à celui venant de l'électrode)

m@ch3

[am13]

merci mach3 d'avoir pris autant de temps, je comprends mieux maintenant.
Cela veut dire que si j'applique ce raisonnement au cas de la pile Daniell: du côté de l'armature de Cu trempant dans le bain 1 de Cu2+, on aura une (infime) charge +sur l'armature de cuivre et une solution infimement chargée -. De l'autre côté, on a une armature de Zn trempant dans une solution de Zn2+ donc là encore (puisque la concentration en Zn2+ est grande), la statistique fait que l'on aura l'armature de Zn qui se chargera + mais elle sera moins chargée positivement que l'armature de Cu donc lorsque l'on branchera un circuit extérieur, les électrons viendront combler en priorité là où la charge > 0 est la plus grande (sur Cu). Est-ce que tu pourrais me dire si c'est bien ça ? merci !