Pourquoi Cu/Cu2+ et Zn/Zn2+ ont un potentiel redox si différent ?

[acx01b]

Bonjour, le Zinc et le Cuivre sont voisins dans le tableau périodique des éléments (le Zn a un électron de plus que le Cu).

Ils forment tous les deux des ions 2⁺, pourtant ils ont un potentiel redox très différent, mis à profit pour faire des piles de 1.1Volt.

Il y a-t-il une raison évidente pour que les potentiels soient si différents ?

Les potentiels redox :



Si bien que :


Et leurs compositions électroniques sont très proches :


Je suppose que la raison tient des niveaux d'énergie des électrons c'est à dire de leur fonction d'onde quantique, peut-être également de la parité du nombre d'électron et d'histoires de spins ?
Pour le zinc, pour passer de l'ion au métal, on rajoute un électron de niveau 3 et un électron de niveau 4, alors que pour le cuivre c'est deux électrons de niveau 4. Donc ces 1.1eV caractérisent plus ou moins la différence entre un électron de la couche 3 et un électron de la couche 4 ?

Merci !
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[acx01b]

Pour le zinc, pour passer de l'ion au métal, on rajoute un électron de niveau 3 et un électron de niveau 4, alors que pour le cuivre c'est deux électrons de niveau 4.

C'est le contraire, j'ai inversé.
Par contre ce raisonnement (énergie d'un électron de la couche 4 > énergie d'un électron de la couche 3) permet d'expliquer que la réaction se fait dans le sens "formation de cuivre métallique et d'ions zinc" et pas le sens inverse.

[acx01b]

Et leurs compositions électroniques sont très proches :

D'ailleurs je me rends compte que le cuivre est l'une des exceptions notables à la règle de Klechkowski (l'ordre de remplissage des sous-couches). J'ai lu que la raison à cette exception était plutôt expérimentale que théorique, donc ça me fait dire que chercher une raison théorique à la différence de potentiel entre Cu/Cu2+ et Zn/Zn2+ est peut-être vain ?

Dans ce cas, il vaut peut-être mieux regarder d'autres valeurs de couples redox de métaux. Est-ce que l'on comprend bien pourquoi ils sont ce qu'ils sont ?

[invite93279690]

Salut,

Juste au passage, connaitre la configuration electronique ne te dit pas quel est le fondamental pour autant. Il faut regarder du cote de la spectroscopie atomique pour savoir si l'etat fondamental du Zinc est si proche que cela de celui dui Cuivre.

[A voir en vidéo sur Futura]

[coussin]

Pis, les éléments "semblables" sont ceux qui sont dans une même colonne, pas côte à côte.
Y a pas beaucoup plus différents qu'un alcalin et un gaz rare...

[acx01b]

Pis, les éléments "semblables" sont ceux qui sont dans une même colonne, pas côte à côte.
Y a pas beaucoup plus différents qu'un alcalin et un gaz rare...

heu les métaux c'est différent quand même
si le cuivre n'était pas une exception à la règle du remplissage des sous-couches,
on aurait Zn : 3d10 4s2, Zn2+ : 3d10
et Cu : 3d9 4s2, Cu2+ : 3d9

si bien que les deux perdraient deux électrons 4s pour former l'ion, électrons d'à peu près la même énergie,
et donc leur potentiel redox serait presque le même, non ?

Salut,

Juste au passage, connaitre la configuration électronique ne te dit pas quel est le fondamental pour autant. Il faut regarder du cote de la spectroscopie atomique pour savoir si l'état fondamental du Zinc est si proche que cela de celui du Cuivre.

je n'ai pas compris, c'est quoi la différence en configuration électronique et état fondamental ?
ce n'est pas les sous-couches occupées ? il y a le spin en plus dans l'état fondamental ?

[invite93279690]

je n'ai pas compris, c'est quoi la différence en configuration électronique et état fondamental ?
ce n'est pas les sous-couches occupées ? il y a le spin en plus dans l'état fondamental ?

J'ai peut etre un peu exagere mais l'idee c'est que, premierement, la configuration electronique imagine un modele en couche de l'atome, qui marche certes tres bien la plupart du temps mais reste une approximation. Deuxiemement, l'energie associee aux fonctions d'onde independantes utilisees dans le modele en couche n'est pas la meme du tout pour deux atomes differents meme dans les modeles les plus simples de ces derniers. Il faut en effet introduire un potentiel de champ moyen incluant les effets des autres electrons et ce dernier depend du noyau comme du nombre d'electrons (et il y a aussi, de facon plus fine, les effets dus au spin du noyau).

Pour finir, je ne suis pas certains des conditions de mesures des potentiels standards que tu donnes, mais si c'est dans l'eau alors cela fait une complication supplementaire.

[acx01b]

ok j'ai compris l'idée, effectivement.

sinon les potentiels standards je ne sais pas mais la différence de potentiel (dans l'eau) est supérieure à 1V ça c'est sûr vu que c'est la pile qui a été utilisée pendant tout le 19ème siècle (c'est celle où un type de la Royal society a mis 5000 piles en série dans la cave de la salle de conférence, afin de faire des démonstrations d'arcs électriques, d'éclairage, de magnétisme, de "retour à la vie" d'une personne décédée avec des électrodes placées dans sa colonne vertébrale...).