Equation de Nernst

[invitef912dd1c]

Bonjour,

Je me suis récemment informé sur l'équation de Nernst afin de calculer le potentiel des électrodes d'une pile, et donc la tension de cette dernière. Cependant, je n'ai pas compris un cas particulier: on a une électrode de fer et une électrode de cuivre plongées dans une solution ionique de chlorure de sodium. Je crois bien que les atomes de fer donnent des ions fer et des électrons, ces derniers s'alliant aux ions H⁺ pour faire du dihydrogène. Cependant, si on veut utiliser l'équation de Nernst, on va utiliser le fer et l'hydrogène, sans utiliser le cuivre. Or si on prend une autre électrode, la tension va varier ... Je n'arrive donc pas à comprendre comment trouver la "vraie" tension.

Merci d'avance
Bonne journée
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[moco]

Bonsoir,
Tu cherches la tension qui s'établit entre quelle électrode et quelle autre ?
Quelle est la composition précise de ta solution ? Tu dis que c'est du NaCl. Fort bien. Mais combien y a-t-il d'ions Fer en solution ? Tu parles de ions hydrogène. Y a-t-il des acides en solution ? S'il y en a, il va y avoir réaction entre le fer et cet acide. Et le potentiel du fer ne sera pas stable et changera au cours du temps.

[invitef912dd1c]

Bonsoir,

En fait, mon exemple est un peu trop flou, je vais en prendre un autre. On a une électrode de zinc et l’autre de cuivre dans un électrolyte, disons d’eau et d’acide phosphorique. Dans la solution, on a des ions H+ et H2PO4-. On a donc Zn -> Zn2+ + 2e et 2H+ + 2e ->H2. Dans ce cas, on a donc finalement Zn + 2H+ -> Zn2+ + H2. Ainsi si je veux utiliser l’équation de Nernst, il semblerait que je doive utiliser le potentiel du couple Zn/Zn2+ et celui du couple H+/H2. Mais dans ce cas, je ne prends pas en compte le cuivre, et mon calcul dit qu’on peut remplacer celui-ci par du fer, du magnésium, etc, sans que la tension change. Or il semblerait bien qu’elle le fasse en réalité … Je ne comprends donc pas comment prendre en compte l’action du cuivre.

Merci d’avance

Bonne soirée.

[moco]

Bonjour,
Si tu places un morceau de cuivre dans une solution d'acide, il ne se passe rien. Si tu fais pareil dans une solution acide contenant un morceau de zinc, il ne se passe rien d'autre que la réaction Zn + 2 H+ --> Zn2+ + H2. Mais si tu mets le cuivre en contact physique avec le zinc, le dégagement de gaz H2 se fera beaucoup sur le morceau de cuivre. C'est une question d'encombrement. Au contact de la solution (acide ou non), le zinc a tendance a émettre des ions Zn2+ qui passent en solution. Mais en même temps, les électrons ainsi libérés devront décharger des ons H+ présents en solution. Or on vient de former des ions Zn2+ qui prennent de la place sur la surface de la feuille de zinc. Donc ces électrons ont de la peine à trouver les ions H+ à cause de l'encombrement des ions Zn2+. Les électrons ont meilleur temps de se déplacer dans le métal zinc jusqu'au métal cuivre, car à la surface du cuivre, on trouve plein d'ions H+ prêts à être déchargés. Et il n'y a pas d'ions Zn2+ qui empêchent ce contact.
Maintenant, si tu veux faire intervenir la loi de Nernst, il faut pouvoir mesurer les potentiels. Et pour mesurer les potentiels, il faut séparer dans l'espace les deux demi-réactions, celle qui crée et celle qui consomme les électrons. Il faudra donc créer deux compartiments l'un avec le zinc et l'autre avec le cuivre (ou un autre métal non réactif). Tu peux le faire bien sûr, mais il faudra veiller à minimiser le potentiel de jonction entre les deux compartiments. Il faudra aussi conserver le gaz H2 près de l'électrode pour que sa pression reste égale à la pression atmosphérique. Et la loi de Nernst jouera. Et encore ! Il faudra mesurer les potentiels en l'absence de courant. Par exemple avec un voltmètre électronique. Si la pile débite, la tension mesurée est diminuée par l'effet de la résistance interne de la pile.
Mais il faut absolument utiliser une électrode non réactive pour le dégagement de H2. La meilleure est le platine, parce qu'il y a peut-être une surtension sur l'électrode de cuivre. En tout cas, il ne faut pas que cette électrode soit en fer ou en magnésium, parce que ces deux métaux sont attaqués par la solution acide. Et alors tu aurais compétition entre deux réactions, celle de Zn + H+, et celle de Fe + H+.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Sethy]

D'une certaine manière, ça ressemble au premier pH-mètre qui a existé.

Une électrode de référence et l'autre de Platine autour de laquelle une pression d'1 atm d'Hydrogène est maintenue. Dans ces conditions, le potentiel mesuré est fonction directe de la concentration en ion H+, et donne donc le pH.

[invitef912dd1c]

Bonjour et merci pour vos réponses

Donc si je sépare les électrodes comme moco l'a dit, comment puis-je calculer les potentiels ? En utilisant le couple Zn2+/Zn d'un côté, mais de l'autre quoi ? Dans le cas d'une électrode en platine, je n'ai pas d'ions correspondants ... Alors H+/H2 ? Mais dans ce cas-là, je ne prends pas en compte l'électrode de platine, qui a tout de même un impact sur la tension.
Quant à la surtension sur l'électrode de cuivre, qu'est-ce que c'est ? La tension est plus élevée qu'elle ne devrait l'être ? Pourquoi dans ce cas, parce que le dihydrogène reste autour ?

Merci d'avance
Bonne journée

[moco]

Bonjour,
Oui. Dans le cas d'une électrode de platine, il faut prendre le potentiel H+/H2. Le platine n'intervient pas chimiquement. C'est juste un porteur d'électrons, qui n'a pas d'impact sur la tension.
Je ne suis pas un spécialiste d'électrochimie. Mais je sais que si on mesure un potentiel de l'hydrogène sur une électrode autre que le platinee, on observe des surtensions. Je ne sais pas comment on les explique.

[invitef912dd1c]

Merci beaucoup pour vos réponses
Du coup, est-ce que quelqu'un pourrait nous éclairer sur ce point ?

Merci d'avance et bonne soirée.