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TPE pile citron Potentiel (nernst)



  1. #1
    lefgolas

    TPE pile citron Potentiel (nernst)

    Bonjour à tous! Je fais mon TPE sur la pile citron et j'explique son fonctionnement. On voudrait utiliser l'équation de Nernst mais on ne comprend pas tout...
    Faut-il mieux utiliser cette formule 9717e0472d1b3295fc6e2bcb7f491629.png ou celle là 3321abbedab06e69d1c6eccdef13e0fb.png
    Pourrait on me donner un exemple avec un métal et l'hydrogène comme oxydant?
    Quelqu'un pourrait-il expliquer d'ou découle cette loi?

    -----


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  3. #2
    albanxiii

    Re : TPE pile citron Potentiel (nernst)

    Bonjour,

    J'a déplacé votre discussion en chimie, la rubrique TPE/TIPE étant faite pour les questions plus générales sur le déroulement, l’organisation, etc. de ces épreuves (voir http://forums.futura-sciences.com/tp...-tpe-tipe.html).

    Pour la modération.
    Not only is it not right, it's not even wrong!

  4. #3
    nlbmoi

    Re : TPE pile citron Potentiel (nernst)

    Bonsoir

    Les 2 relations sont équivalentes : le terme RT/F qui apparait dans la première relation vaut environ 0,059 à 25°C d'où le terme qui apparait dans la seconde.
    Dans la premiere relation, les a qui interviennent correspondent aux activités : dans les conditions habituelles, pour une espèce en solution (un ion par exemple), l'activité correspond à la concentration de cette espèce ; si tu as un solide, l'activité vaut 1 ; si c'est un gaz, l'activité correspond à la pression partielle de l'espèce (c'est à dire à la pression qu'exercerait ce gaz s'il était tout seul dans un volume confiné).
    ENsuite, pour la notion d'oxydant-réducteur, cela correspond aux équilibres dits d'oxydoréduction. Dans ce genre de réaction, il y a des échanges d'électrons : le n qui intervient dans ta relation correspond au nombre d'électrons échangé dans la demi-équation mettant en jeu un oxydant et un réducteur. Avez-vous déjà vu cette notion ou pas (on la voir en 1S mais tout dépend de quel sens est pris le programme par ton prof) ?

  5. #4
    lefgolas

    Re : TPE pile citron Potentiel (nernst)

    D'accord, dsl pour le post dans la mauvaise section!

    Merci pour l'explication, je n'avais pas compris que les a correspondaient aux l'activité.
    Non nous n'avons pas vu la notion d'oxydoréduction mais nous l'avons travaillé personnellement pour notre TPE (qui est déjà bien avancé) et nous avons utilisé les potentiel rédox standard.
    Mais on voudrait parler de Nernst pour rallonger un peu le tpe et le rendre plus riche, plus détaillé. De plus on pourrait en profiter pour parler de la fonction logarithme, faire une étude détaillé de cette dernière, et ainsi prendre comme deuxième matière math. D'ailleurs une idée d'autres moyens d'introduire les maths? On a pensé à parler de statistiques avec une étude statistique sur l'acidité des citron, ou encore de la conductance (qui est directement lié à l'acidité, c'est à dire à la concentration en ions H+).

    Mais je suis un peu perdu quant aux notions de d'enthalpie, deltaG, des loi de thermodynamiques, quotient de réaction, constante d'équilibre... Pourrait tu me l'expliquer ?
    Dernière modification par lefgolas ; 06/12/2014 à 18h59.

  6. #5
    lefgolas

    Re : TPE pile citron Potentiel (nernst)

    Et à quoi corresponde x et y dans la 1ere et 2ème relation?
    (dsl pour le double post mais le temps autorisé pour modifié le message était dépassé)
    Edit non c'est bon j'ai compris dsl pour cette question bête
    Dernière modification par lefgolas ; 06/12/2014 à 19h10.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    nlbmoi

    Re : TPE pile citron Potentiel (nernst)

    Pour revenir à la relation de Nernst.
    On prend un métal (du zinc Zn par exemple), il est susceptible de perdre des électrons selon
    L'espèce du côté des électrons est l'oxydant du couple ; celui de l'autre côté est le réducteur. Ainsi, on dit que le zinc est un métal réducteur car il a tendance à se transformer "facilement" en ions Zn(2+)
    A ce couple, on peut associer un potentiel grâce à la relation de Nernst. En appliquant la 2ème formule on a :
    où E° est le potentiel standard du couple (c'est à dire la valeur du potentiel de Nernst quand on est dans des conditions spécifiques, permettant de classer les couples), le 2 correspond au nombre d'électrons échangés, le 1 à l'activité du Zinc qui vaut 1 car c'est un solide. Tu vois donc que le potentiel ne dépend que de la concentration en ion Zinc.
    Là, on est dans un cas simple, où il y a juste 2 espèces qui interviennent dans la demi-équation. Prenons un cas plus compliqué, celui du permanganate qui intervient dans le couple . La demi-équation correspondant s'écrit :

    Dans ce cas, dans l'écriture du potentiel, on aura en dénominateur du log toutes les espèces du côté des électrons avec comme puissance le nombre stoechiométrique et au numérateur les espèces de l'autre côté de l'équation, ce qui donne
    le potentiel dépend donc du pH (via la concentration en ions H+) et des concentrations des 2 espèces du couple.

    Pour savoir d'où provient cette relation, vas faire un tour sur ce texte http://forums.futura-sciences.com/ch...-de-gibbs.html pour essayer de comprendre à quoi correspond les notions de d'enthalpie, deltaG...

    Ensuite, pour la notion de constante d'équilibre : toutes les réactions chimiques ne sont pas totales. En effet, certaines sont dites équilibrées c'est à dire qu'au bout d'un moment, lorsque les concentrations des espèces n'évoluent plus, tu n'as pas tout consommé sur tes réactifs, tu as un mélange contenant toutes les espèces (réactifs ET produits) : tu obtiens un équilibre entre toutes les espèces. Pour caractériser un équilibre, on associe à cette réaction chimique une constante d'équilibre qui ne dépend que de l'équation et de la température. SI je prends l'équation aA+bB -> cC + dD (A, B, C et D sont des espèces et a, b,c et d les nombres stoechiométriques) alors tu as :
    au numérateur, tu as le produit des concentrations des produits avec comme puissance le nombre stoechiométrique et au dénominateur le produit des concentrations des réactifs avec comme puissance le nombre stoechiométrique. Les concentrations des espèces sont celles à l'équilibre de ta réaction.

    Le quotient de réaction c'est la même chose (même relation) sauf qu'il est toujours défini, quelque soit le moment où on le regarde, même si on n'est pas à l'équilibre. Ainsi, le Qr (quotient de réaction) varie au cours de la réaction. A l'équilibre, on a donc Qr(equilibre)=K

    Est-ce que tu arrives un peu à comprendre ?

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  10. #7
    lefgolas

    Re : TPE pile citron Potentiel (nernst)

    Tout d'abord merci pour cette explication complète et du temps que tu as pris pour me répondre. Je vais essayé de digérer tout ça!

    j'ai un petit problème avec la demi réaction de H2
    2H⁺ (aq) + 2eˉ --> H2(g)
    Comment faire pour avoir la concentration d'un gaz?
    j'ai trouver ça sur internet: futura1.png
    La concentration d'un gaz est égale au rapport de la pression du gaz divisé par la pression standard (p0 =1 bar = 105 Pa) ?
    A quoi correspond la pression du gaz et en quelle unité faut-il le mettre alors?

    Est ce qu'il faut le calculer à partir de la quantité de matière d'ions H+ peut-on le calculer? De plus on ne peut pas se fier à la quantité de matière de H2 obtenu calculé grâce au tableau d'avancement: le transfert d'électron étant indirect, il passe par un fil électrique puis par la borne de cuivre, les ions zn2+ se reforme en atome de zinc Zn au niveau de la plaque de cuivre.

    Equation chimique Zn(s) + 2H⁺(aq) --> Zn²⁺(aq) + H2(g)
    Etat du système Avancement (mol) Quantité de matière (mol)
    Initial 0 7,19*10-1 4,67*10-4 0 0
    En cours x 7,19*10-1-x 4,67*10-4 - 2x x 2x
    Final xmax 7,19*10-1-xmax 4,67*10-4- 2xmax xmax 2xmax
    7,18766*10-1 0 2,34 * 10-4 4,68*10-4
    Dernière modification par lefgolas ; 07/12/2014 à 00h02.

  11. #8
    nlbmoi

    Re : TPE pile citron Potentiel (nernst)

    La loi de Nernst est bonne : au passage, tu remarqueras qu'il n'y a pas de E° tout simplement parce que par convention on a défini le potentiel standard de ce couple comme étant nul quel que soit la température (c'est la référence).
    Pourla pression, tout dépend de l'unité que tu prends pour P° : très souvent on utilise le bar. Petite rectification le rapport P(H2)/P° correspond en fait à l'activité d'un gaz (il s'agit de la pression partielle de ce gaz comme je te l'ai précisé plus haut) : d'ailleurs, en toute rigueur, je reviens sur les espèces en solution, l'activité d'une espèce dissoute est égale à C/C1 où C° est la concentration standard de réfénce qui vaut 1 mol/L. L"activité est une donnée sans dimension (sans unité).

    Pour en revenir à ta question, pour déterminer la pression partielle de H2, le plus simple est d'utiliser la loi des gaz parfaits P*V=n*R*T (P : pression du gaz en Pa, V le volume en m^3, n la quantité de matière en gaz, T la température absolue en K et R la constante des gaz parfaits qui vaut 8,314 avec les unités indiquées) ; le R qui intervient correspond au même que celui que tu trouves dans la première relation que tu avais indiquée pour le potentiel de Nernst.

  12. #9
    lefgolas

    Re : TPE pile citron Potentiel (nernst)

    Ok merci je vais essayer.

    J'essaye de calculer la quantité d'électricité mais j'ai des petits problèmes.

    à Quel dipôle faut-il mesurer l'intensité ?Normalement je dois alimenter une calculatrice Ti 83 plus.fr alimenté par 4 pile de 1,5V. Je pense que les piles sont reliées après en dérivation comme ceci:
    Pièce jointe 266238
    Et non pas en série car 6V pour une calculatrice me paraisse beaucoup:
    Pièce jointe 266239
    Etes vous d'accord? Pour le vérifier j'ai penser à utiliser 3 piles usée et 1 neuve: si la calculatrice s'allume c'est que les piles Lr03 sont en dérivation sinon elles sont en série.


    Pour mesurer l'intensité afin de calculer la quantité d'électricité je pensais à ce montage:
    Pièce jointe 266237
    Mon montage est-il bon et sans risque pour la calculatrice (à 70€ la calculatrice on va éviter l'accident fâcheux... ) ?
    De plus en réalité pour l'expérience réelle pour réussir à l'allumer j'aurais sans doute plus d'une pile citron et elles seront branché en dérivation comme ça:
    branchement calculatrice.png
    Cela change t'il Qmax?
    Ensuite J'ai un petit problème pour trouver qmax, c'est à dire la quantité d'électricité que doit débiter la pile avant d'être à plat: comment trouver la quantité de matière d'électron? (Voir le doc pdf pour plus de détail)
    https://dl.dropboxusercontent.com/u/...20chimique.pdf

  13. #10
    lefgolas

    Re : TPE pile citron Potentiel (nernst)

    Et comment savoir si la réaction zinc hydrogène est un équilibre chimique ou pas?

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