Question bête sur le ions en solution

[invite8241b23e]

Bonsoir à tous !

Alors j'ai du mal à expliquer à des élèves pourquoi les ions en solution permettent le passage du courant...

J'ai entendu dire que que c'étaient les ions qui migraient vers la cathode et l'anode...

Le truc, c'est que je me place à l'échelle de l'électron : supposons qu'on fait passer du courant dans l'eau du robinet, salée, qui conduit pas trop mal je crois. Il y a deux électrodes, une expulse les électrons, et l'autre les capte. S'il n'y a pas d'electrolyse, alors où partent les électrons, et d'où "reviennent"-ils ?



C'est une question vraiment basique, mais bon !
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[persona]

Mais il y a électrolyse !

[moco]

Il faut prendre le problème autrement. Crois-en ma longue expérience. Je suis un prof. de chimie de longue date. Voici comment j'introduis les ions.
Tu y vas par l'expérience.
Tu testes la conductibilité de l'eau pure, pour constater que l'eau ne conduit pas le courant. Donc qu'elle ne contient pas d'ions. A ce stade tu ignores l'autoprotolyse de l'eau.
Tu ajoutes du sucre, et constates que l'eau sucrée ne conduit pas non plus le courant.
Tu recommences avec un autre bécher plein d'eau pure. Tu y ajoutes soit du sel, soit de l'acide. Tu constates que le courant passe. Donc qu'il y a des ions, qui migrent en solution, les uns vers le pôle plus, les autres vers le pôle moins, et finissent pas s'y décharger.

Pour montrer la réalité de cette migration, tu prends deux boîtes de Petri (béchers très bas) pleins d'eau salée ou acide, et qui se touchent presque. C'est le sel Na2SO4 qui va le mieux. Tu y trempes deux électrodes en graphite tenus par des pincettes en bois ou en plastique. Tu prends une languette de papier filtre (10 cm x 1cm); tu y marques un repère au crayon au milieu, à mi-chemin des deux bouts. Tu la tremps dans l'une de ces solutions. Et tu utilises cette bandelette mouillée comme d'un pont entre les deux bacs. Tu déposes une goutte d'une solution verte de CuSO4 + NH3 + K2CrO4 juste sur le repère. Tu appliques une tension de 20 à 30 Volts. Tu regardes. On voit la bande bleue migrer vers le pôle moins : c'est le ion Cu(NH3)4^2+. On voit la bande jaune migrer vere le pôle plus : c'est le ion CrO4^2-.
Si tu inverses la polarité, le mouvement se fait dans l'autre sens.

[FC05]

Pour Benjy,

A de trés rares exceptions prés, les électrons ne savent pas nager !

Un courant est dû à un déplacement de charge, les électrons qui se déplacent dans un métal sont donc un cas, mais pas le seul.

L'expérience décrite par moco est dans les livres de 2nde de l'ancien programme (1993 ?). Pour le nouveaux progamme, je sais pas.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite8241b23e]

[QUOTE=FC05]A de trés rares exceptions prés, les électrons ne savent pas nager !

Un courant est dû à un déplacement de charge, les électrons qui se déplacent dans un métal sont donc un cas, mais pas le seul./QUOTE]

Alors, le truc, c'est qu'il y a bien des électrons, dans mon exemple, qui arrivent par le métal, et qui repartent par l'autre métal, mais entre, il a forcément électrolyse alors ? Parce que l'électron ne nage pas, certes, mais la matière qu'il représente ne disparait pas et ne réapparait pas....

Moco, j'ai bien compris ce que tu m'expliques, je connaissais pas l'expérience. Mais c'est l'histoire des électrons qui me pose problème...

[moco]

Où est le problème ?
Le moteur est le zinc, qui veut absolument perdre ses électrons.
Zn crée des électrons qui s'en vont dans le fil, jusqu'à l'autre bout. L'autre bout trempe dans une solution contenant des ions Cu2+ et SO4^2-. Lesdits électrons attirent les ions Cu2+ et repoussent les ions SO4^2-. Quand les ions Cu2+ arrivent sur l'électrode, ils se déchargent selon :
Cu2+ + 2 e- ---> Cu
et c'est la fin des haricots, non des électrons ! Tu peux appeler cela électrolyse si tu veux.
Mais ce n'est pas fini en solution. Il reste toujours les ions SO4^2- qui se sont fait repousser par les électrons arrivant. Ces ions négatifs ne sont pas seulement repoussés. Ils sont attirés en solution par les ions Zn2+ créés sur l'autre électrode. Ils migrent pour y parvenir dans la solution, à travers le pont servant de jonction.
Souvent ils préfèrent pousser devant eux d'autres ions positifs, qui à leur tour poussent d'autres ions positifs, et le tour est joué.

[moco]

Excuse-moi. J'ai répondu à côté de la question, et comme s'il s'agissait d'une pile.
Excuse-moi ! J'étais distrait.
Je reprends.

J'imagine que tu appliques une tension sur deux plaques trempant dans la même solution. L'une est plus (anode) et l'autre moins (cathode). Il y a des millions d'électrons en trop sur la plaque négative, et un grand appel d'électrons sur l'autre.
La cathode cherche à se débarrasser de ses électrons en excès. Elle attire les ions positifs, les cations, qui migrent en solution. Quand ils y parviennent, ils se déchargent par électrolyse, et cela crée un manque d'électron à la cathode, ou, en terme électrique, une chute de tension. Le générateur veille au grain, et rajoute les électrons qui manquent, en envoyant des électrons pour compenser les pertes. Chaque fois qu'un ion est déchargé par électrolyse, le générateur envoie un électron (ou deux pour Cu2+) dans le fil reliant le générateur à la carthode.
OK ?

[invite8241b23e]

OK moco ! donc si j'ai bien compris et pour conclure, il n'y a pas de passage de courant dans une solution avec des ions, sans électrolyse, il y a forcément des réactions d'oxydo-réductions...?

[moco]

Dans une électrolyse, il y a un courant d'électrons dans les fils joignant le générateur aux électrodes, et il y a un courant de ions entre les plaques en solution. Electriquement parlant, il y a dans tout le circuit un courant de charges allant d'un pôle du générateur à l'autre. Mais leur nature change le long du circuit. Ces charges sont des électrons dans les fils, et des ions dans la phase aqueuse.
Les réactions redox n'ont rien à voir dans ce phénomène électrique. Mais il se produit de telles réactions à chaque électrode, au moment où un électron est créé d'un côté (et consommé de l'autre)

[invite8241b23e]

Merci, 'est ce que je voulais savoir.

[invite1f8fe28e]

Bonsoir à tous !

Alors j'ai du mal à expliquer à des élèves pourquoi les ions en solution permettent le passage du courant...

J'ai entendu dire que que c'étaient les ions qui migraient vers la cathode et l'anode...

Le truc, c'est que je me place à l'échelle de l'électron : supposons qu'on fait passer du courant dans l'eau du robinet, salée, qui conduit pas trop mal je crois. Il y a deux électrodes, une expulse les électrons, et l'autre les capte. S'il n'y a pas d'electrolyse, alors où partent les électrons, et d'où "reviennent"-ils ?



C'est une question vraiment basique, mais bon !

Heu je suis pas prof (je suis en terminale) mais si tu mets 2 electrode ya electrolise non?
si tu envois juste une decharge dans l'eau sans rien dautre, le courant va tourner en rond dans la solution ( c'est comme ca qu'on selectrocute)
Pourquoi les ions conduisent le courant? ca me parait intuitif comme concept, les ions etant chargé ils ont un defecit ou un exedent delectron et peuvent donc en capter ou en donner et le fait qu'ils soient mobiles font que le courant circule.
la grande conductivité de l'eau l'eau s'explique par le fait que H+ + H2O --> H2O + H+ ou alors OH- + H2O--> H2O + OH- sacchant que H2O = H+ + OH-

[FC05]

Euuhh ... les électrons ne savent pas nager et le courant ne fait pas des ronds dans l'eau (contrairement aux canard) ...

[moco]

Groizme m'a l'air d'avoir des problèmes de compréhension. Je cite son texte ci-après, entre traitillés.
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Si tu mets 2 electrode ya electrolise non?
si tu envois juste une decharge dans l'eau sans rien dautre, le courant va tourner en rond dans la solution ( c'est comme ca qu'on selectrocute)
Pourquoi les ions conduisent le courant? ca me parait intuitif comme concept, les ions etant chargé ils ont un defecit ou un exedent delectron et peuvent donc en capter ou en donner et le fait qu'ils soient mobiles font que le courant circule.
la grande conductivité de l'eau l'eau s'explique par le fait que H+ + H2O --> H2O + H+ ou alors OH- + H2O--> H2O + OH- sacchant que H2O = H+ + OH-
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Non. L'eau pure ne conduit pas le courant. Il ne faut pas raconter n'importe quoi. L'eau pure est un isolant. Et il n'y a pas d'électrolyse dans l'eau pure.
Pour qu'il se passe une électrolyse, il faut ajouter des ions dans l'eau en y dissolvant un acide, une base ou un sel.
Je sais bien que l'eau pure n'existe pas, et qu'il subsiste dans l'eau pure une concentration en ions H+ et OH- qui est de l'ordre de 10^-7 mole/litre. Mais ceci est négligeable, vu que la résistivité est de 2 10^5 ohm mètre. Si tu veux faire une électrolyse d'eau pure avec des électrodes de 1 cm2 séparées de 1 cm, cette eau aura une résistance de 20 mégohms. En appliquant une tension de 10 Volt, ce qui est déjà beaucoup, tu auras un courant de 0.5 microampère. Pour obtenir 1 mg de H2, il te faudra attendre 10^11 secondes, soit 3171 ans... Autant dire jamais.

Je n'allonge pas sur ton histoire aberrante d'électrocution, et de courant qui tourne dans l'eau, qui sort d'une imagination fertile certes, mais délirante.

[invite1f8fe28e]

Groizme m'a l'air d'avoir des problèmes de compréhension. Je cite son texte ci-après, entre traitillés.
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Si tu mets 2 electrode ya electrolise non?
si tu envois juste une decharge dans l'eau sans rien dautre, le courant va tourner en rond dans la solution ( c'est comme ca qu'on selectrocute)
Pourquoi les ions conduisent le courant? ca me parait intuitif comme concept, les ions etant chargé ils ont un defecit ou un exedent delectron et peuvent donc en capter ou en donner et le fait qu'ils soient mobiles font que le courant circule.
la grande conductivité de l'eau l'eau s'explique par le fait que H+ + H2O --> H2O + H+ ou alors OH- + H2O--> H2O + OH- sacchant que H2O = H+ + OH-
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Non. L'eau pure ne conduit pas le courant. Il ne faut pas raconter n'importe quoi. L'eau pure est un isolant. Et il n'y a pas d'électrolyse dans l'eau pure.
Pour qu'il se passe une électrolyse, il faut ajouter des ions dans l'eau en y dissolvant un acide, une base ou un sel.
Je sais bien que l'eau pure n'existe pas, et qu'il subsiste dans l'eau pure une concentration en ions H+ et OH- qui est de l'ordre de 10^-7 mole/litre. Mais ceci est négligeable, vu que la résistivité est de 2 10^5 ohm mètre. Si tu veux faire une électrolyse d'eau pure avec des électrodes de 1 cm2 séparées de 1 cm, cette eau aura une résistance de 20 mégohms. En appliquant une tension de 10 Volt, ce qui est déjà beaucoup, tu auras un courant de 0.5 microampère. Pour obtenir 1 mg de H2, il te faudra attendre 10^11 secondes, soit 3171 ans... Autant dire jamais.

Je n'allonge pas sur ton histoire aberrante d'électrocution, et de courant qui tourne dans l'eau, qui sort d'une imagination fertile certes, mais délirante.

Moi je crois que t'as l'air d'avoir des problemes de pretention, je vois pas l'interet d'employer ton air condescendant a deux sous.
Le Co2 de l'air reagit avec l'eau c'est pour ca que l'eau conduit le courant.
Le courant peut circuler dans l'eau, je crois que tu crois tout savoir
allez ciao, le dieu de la science
.

[invite8241b23e]

Si le CO2 de l'air réagit avec l'eau, il ne s'agit plus d'eau PURE. C'est dommage de se facher quand même pour si peu (groizme ET moco)

[moco]

Je ne suis pas fâché. Je rétablis la vérité. C'est tout. A savoir que si on veut électrolyser de l'eau, il ne se passe rien, que cette eau contienne du gaz CO2 dissous ou non. Essayez si vous ne me croyez pas ! L'eau est un bon isolant. On ne peut pas électrolyser un isolant.
De plus j'ai établi plus haut que si on veut vraiment croire à l'électrolyse de l'eau, la loi de Faraday montre qu'il faudra 3000 ans pour obtenir 1 mg de gaz H2 par électrolyse. Si l'eau contient du CO2 à pH 5 pour prendre un exemple un peu arbitraire, cela ira mieux certes, mais il faudra quand même plus d'une année.
Ceci dit, le mécanisme de transmission des charges à travers une solution acide que cite groizme est exact, mais cela n'apporte rien à ce problème.

[invite61fe28a2]

Il faut prendre le problème autrement. Crois-en ma longue expérience. Je suis un prof. de chimie de longue date. Voici comment j'introduis les ions.
Tu y vas par l'expérience.
Tu testes la conductibilité de l'eau pure, pour constater que l'eau ne conduit pas le courant. Donc qu'elle ne contient pas d'ions. A ce stade tu ignores l'autoprotolyse de l'eau.
Tu ajoutes du sucre, et constates que l'eau sucrée ne conduit pas non plus le courant.

"Monsieur" le prof de chimie vous voilà démasqué ...
Evidemment que l'eau sucrée est conductrice, j'en ai déjà electrolysé. Je peux même dire que plus la concentration de sucre est forte plus c'est conducteur. Si l'on electrolyse un sirop épais cela donne même une élévation de température importante, suffisament pour briser une assiette. (il faut dire que j'avais mis du 220 volts)

[invitebbe24c74]

Une solution eau pure + sucre conduira trèèèèèèèèès peu le courant !
Moco a d'ailleurs basé ses calculs sur du 10V et non du 220.

Ce qui fait que ton sirop est conducteur, c'est qu'il contient des ions (minéraux)

[invite61fe28a2]

Une solution eau pure + sucre conduira trèèèèèèèèès peu le courant !
Moco a d'ailleurs basé ses calculs sur du 10V et non du 220.

Ce qui fait que ton sirop est conducteur, c'est qu'il contient des ions (minéraux)

Sans compter que le sucre lui même est rarement pur, le sucre de canne est par exemple très riche en minéraux.

Et puis, un sirop, c'est du sucre cuit, donc partiellement inverti...du glucose et du fructose s'y touve, sans oublier les résidus des produits chimiques employés pour le raffinage du sucre blanc.
Plutot que le terme d'eau sucrée il convient d'employer le terme eau pure + Saccharose pur, quasiment impossible à réaliser avec les produits du commerce.
En outre, pour mon expérience, j'ai du attendre longtemps avant d'observer la montée en température et le changement de couleur. C'est vers la fin que c'est spectaculaire.

[invitebbe24c74]

On s'accorde donc tous à dire que c'est bien les ions qui conduisent le courant dans une solution.
L'idée de "l'eau sucrée n'est pas conductrice" est de faire une opposition entre solution ionique et solution uniquement moléculaire.
Ca marche d'ailleurs plutôt bien en collège, sur des électrodes éloignées de 3-4cm, et sur des voltages 6-12V.


EDIT: Sinon, hors sujet, mais je me demande comment tu en es venu à électrolyser du sirop Ôo