Electrochimie et électrolyte

[simon55]

Bonjour à tous!

Je reviens un peu sur des notions d'électrochimie et j'aurai besoin de votre aide

1) Dans une pile, le pont salin sert à garantir l’électro-neutralité de la solution, mais pouvez vous préciser un peu svp?
Prenons l'exemple de la pile Daniell Zinc Cuivre avec un éléctrolyte type pont salin K+ + NO3-

dans la cellule anodique on a la réaction Cu2+ + 2e- = Cu
Admettons que les ions Cu2+ aient été introduits initialement via du sulfate de cuivre Cu-SO4 = Cu_2+ + SO4_2-, lorsque l'ion Cu2+ va réagir à la surface de l'électrode avec un électron pour former du Cuivre, que devient l'ion SO4_2- qui est tout seul à présent?
Est-ce qu'il va migrer vers le pont salin pour réagir avec K+ ?


2) Si c'est effectivement le cas, alors, par symétrie les ions NO3- vont aller réagir dans l'autre cellule avec les ions Zn2+ formé par oxydation du Zinc. Mais alors, cela signifie qu'au bout d'un certain temps, tous les ions du pont salin ont réagi et que rien ne garantit l'électroneutralité à présent! Est-ce que ce phénomène est limitant ou il arrive bien après la décharge de la pile?

3) Existe-t-il des électrolytes solides?


Merci beaucoup pour votre aide, et bonne soirée à vous!
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[jeanne08]

Tu n'es pas mal parti ... Les ions SO4 2- ( en trop par rapport aux Cu2+ qui disparaissent progressivement ) vont pousser les ions NO3 - du pont qui vont donc aller vers le compartiment où se créent des Zn2+ .
note : dans la pile Daniell la borne + est l'électrode de cuivre et la borne - est l'électrode de zinc. Dans l'électrolyte il y a un courant d'anions qui vont donc de la borne + vers la borne - ; la borne - est donc l'anode (siège d'une oxydation) : électrode vers laquelle vont les anions.

[simon55]

Merci pour ta réponse !

Donc il y a bien formation de 2K+ + SO4_2- --> 2KSO4
ainsi que de 2N03Zn ?

[jeanne08]

Non .Dans le pont contenant une solution aqueuse plus ou moins gélifiée les ions sont séparés : il y a des anions et des cations solvatés. Donc les SO4 2- qui arrivent poussent les NO3 - pendant que les K+ (répartis un peu plus loin) " regardent" !

[A voir en vidéo sur Futura]

[simon55]

Je crois que j'ai compris! Les deux ions sont présents mais ils ne réagissent pas, un peu comme NaCl en solution

Mais est-ce que les ions SO42- vont jusqu'au pont salin pour aller pousser K+ en exerçant des actions électrostatiques de courte portée ou bien le simple fait d'avoir SO42- à proximité l'électrode à engendrer des actions de proche en proche jusqu'à avoir pour conséquence de pousser K+?

[moco]

Les ions SO₄^2- ne peuvent pas "pousser" les ions K⁺, puisqu'ils les attirent. Tu devrais savoir que les charges positives attirent les charges négatives. Il semblerait que tu aies des lacunes profondes au niveau fondamental. C'est pourquoi je vais essayer de reprendre le tout avec toi.

Dans la pile Daniell, le "moteur" est le zinc qui "a envie" de perdre des électrons et former des ions Zn²⁺. Donc le métal zinc de l'anode libère des électrons dans le circuit extérieur et des ions Zn²⁺ en solution. Mais il ne peut le faire que s'il existe des ions négatifs en solution qui puissent neutraliser électriquement ces charges positives. S'il n'y avait pas d'ions négatifs prêts à se rapprocher de l'anode de zinc, le zinc ne pourrait pas créer de nouveaux ions Zn²⁺, car la solution se chargerait positivement, et cela repousserait les nouveaux ions Zn²⁺ qui pourraient être créés plus tard, et la pile s'arrêterait de fonctionner. Donc dès que les premiers ions Zn²⁺ sont créés à l'anode, ils attirent des ions négatifs quels qu'ils soient, et il y en a dans le pont salin : ce sont les ions nitrate de la solution de KNO₃.

De l'autre côté, c'est un peu pareil. Sur la plaque de cuivre (cathode) arrivent des électrons en provenance du zinc. Ces électrons déchargent les ions positifs qu'ils trouvent en solution. Ici, la solution contient du sulfate de cuivre, donc des ions Cu²⁺ et SO₄^2-. Les électrons déchargent les ions Cu²⁺ et il se dépose du cuivre métallique à la cathode. Fort bien. Mais il reste en solution les ions sulfate SO₄^2- qui, s'ils étaient seuls, rendraient la solution chargée négativement, ce qui empêcherait l'arrivée de nouveaux électrons. La pile s'arrêterait s'il n'y avait pas un moyen de se débarrasser de ces ions sulfate. Or il y a un moyen, et ce moyen est le pont salin, rempli d'ions K₊ et NO₃^-. Comme on vient de voir que ce pont a tendance à perdre des ions négatifs qui sont attirés par les ions Zn²⁺ créés du côté zinc, ce pont a besoin d'ions négatifs pour compenser cette perte. Il attire donc les ions négatifs sulfate, chassés par la cathode de cuivre. Et tout va bien.

Dans la pile Daniell, il y a donc un courant d'électrons dans le circuit extérieur, et un courant d'ions négatifs en solution qui vont de la zone cuivre vers la zone du zinc.

As-tu mieux compris ?

Ceci dit, attention à ton écriture ! Quand on évapore une solution qui contient des ions positifs et négatifs, on obtient un solide dont la formule commence toujours par l'ion positif. Donc avec NO₃^- et Zn²⁺, on ne forme pas NO₃Zn comme tu le dis, mais Zn(NO₃)₂. Et les indices doivent être placés après le symbole considéré. Avec 2 K⁺ et un ion SO₄^2-, on ne forme pas 2KSO₄ comme tu l'écris, mais K₂SO₄.

[simon55]

pfiouu j'avais vraiment besoin d'un bon coup de démarreur, merci énormément pour ton explication très claire moco !!

Concernant la neutralité électrique de la solution, lorsqu'un ion Zn2+ est formé au niveau de l'anode, tu m'as expliqué que ce sont les ions NO3- qui viennent neutraliser cet excédent de charge + dans la solution. Maintenant, est-ce que cette neutralisation se fait "au contact", c'est à dire que les ions Zn2+ vont se déplacer de l'anode vers le pont salin pour ensuite se retrouver "proche" des ions NO3-, ou bien le seul fait que des ions NO3- soient en solution, à proximité du pont salin suffit à garantir la conservation de la charge et donc la formation de nouveaux ions Zn2+ à l'anode?

[moco]

Les deux mouvements coexistent. Les ions positifs et les ions négatifs se rapprochent simultanément les uns des autres.