Pile electrochimique

[dragon9]

Alors salut, c'est mon premier message sur ce forum et j'ai vraiment besoin de votre aide pour comprendre un phénomène qui me casse la tête parce que je n'ai trouvé aucune info relative sur internet! Ma question sera présentée en plusieurs sous section si ça ne vous dérange pas😧.

-je suis en Tle scientifique et je cherche à fabriquer une pile Volta (dans un premier temps) avec les moyens du bord, je tiens à le faire uniquement avec le matériel de chimie (amateur) que j'ai chez moi. J'ai jeté un long coup d'oeil à mon tableau redox, et après réflexion j'ai conclu que le meilleur couple pour cela était aluminium-cuivre d'environ 2 volts pour la facilité d'accès des matériaux. J'ai donc testé ladite pile, sauf qu'avec la majorité des électrolytes testés dont je dispose (la plupart contenant du chlore), ma pile ne dépassait pas 0,7V ! Tandis qu'avec le zinc j'étais à 0,95 alors que son couple n'est que de 0,49V ! En gros, je ne comprend rien à ce qui se passe, il doit y avoir un détail qui m'échappe et ça me rend dingue. Désolé pour le pavé, mais si quelqu'un pouvait m'éclairer...
Et si le problème vient de la composition de mes électrolytes lequel choisir pour obtenir une tension valable?

- Deuxième volet concernant la pile leclanché de mêmes électrodes. Dois-je forcément utiliser les électrolytes classiques? Ou alors toutes solutions contenant des ions Cu2+ et Al3+ feront-elles l'affaire? Et sinon pourquoi?

Bon voilà 😅😧 merci d'avance, j'attends les réponses avec impatience, ciao!
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[moco]

Bonsoir,
Hélas, l'aluminium ne convient pas pour faire des piles. En effet, il se recouvre constamment d'une couche mince étanche, et invisible d'oxyde d'aluminium, dit aussi alumine. Si on gratte sa surface pour éliminer cette fine couche, l'aluminium se réoxyde instantanément à l'air. Le seul moyen d'éliminer cette couche d'oxyde pour mettre l'aluminium en contact avec l'eau est de l'amalgamer. Si on trempe un morceau d'aluminium dans une solution de chlorure de mercure HgCl2 (toxique ! et interdit !), il se produit une réaction chimique qui s'écrit : 2 Al + 3 HgCl2 --> 2 Al3+ + 3 Hg + 6 Cl-
Le résultat des courses, c'est que l'aluminium se recouvre d'une fine pellicule de mercure métallique qui empêche la formation de la pellicule d'alumine. Dans ce cas, l'aluminium réagit vivement avec l'eau selon :
2 Al + 6 H2O --> 2 Al(OH)3 + 3 H2
Et c'est l'Hydrogène qui agit en donneur d'électron, pas l'aluminium.
Donc l'aluminium se corrode, il se dégage des bulles de H2, et le mercure se fait éjecter de sa surface. La corrosion s'arrête alors quand il n'y a plus de mercure en surface, et la couche d'alumine se reforme.

Pour revenir à ton problème, quand on veut faire une pile avec de l'aluminium, on le fait en réalité avec de l'hydrogène H2 comme anode. Inutile de rajouter des solutions de composés d'aluminium.

[dragon9]

merci pour ta réponse même si j'en suis triste ! alors comment faire une pile efficace ? (de plus d'un volt) avec des matériaux relativement faciles à trouver?

[moco]

Bonsoir,
La seule solution est l'accumulateur au plomb. Tu rends deux plaques de plomb que tu trempes dans de l'acide sulfurique dilué. Tu électrolyses le tout pendant quelques heures sous une tension de quelques volts, comme 5 V par exemple. Ou davantage. Il se dégage du gaz H2 sur l'une d'entre elles. L'autre de ces plaques se recouvre d'oxyde de plomb PbO2 brun. Si tu déconnectes l'alimentation, l'ensemble de ces deux plaques forme une pile qui débite 2 Volts, si tu les laisses dans l'acide sulfurique dilué. C'est ce qui se passe dans les batteries de voiture. Quand la pile est plate, les deux plaques sont recouvertes de sulfate de plomb PbSO4 blanc. On peut la régénérer en électrolysant le tout, ce qui régénère PbO2 sur une plaque et Pb sur l'autre. Ennui : ces deux produits (PbO2 et PbSO4) adhérent mal à la plaque. La moindre secousse les fait tomber au fond du récipient. dans la pratique on empêche cette poudre de tomber en pressant les deux plaques l'une contre l'autre, mais en les maintenant séparées par une feuille isolante, un peu trouée, pour laisser les ions se déplacer. Cela forme une sorte de sandwich.

[A voir en vidéo sur Futura]

[dragon9]

Ok... d'accord. et sinon coté pile leclanché, n'y aurait-il pas un moyen simple de faire une pile efficace avec... du dioxyde de manganese, par exemple? ou alors avec de l'oxyde de fer 3? (même si je ne pense pas que ce soit conducteur...)

[moco]

Bonjour,
Bien sûr qu'on peut refaire une pile Leclanché. Mais ce n'est pas aisé de broyer du bioxyde de manganèse avec de la poudre de charbon. Et il faut le faire pour rendre ce MnO2 conducteur. Cette opération est très salissante, et on met du charbon partout. Ensuite il faut faire une pâte avec ce mélange et une solution de chlorure d'ammonium. Puis il faut entourer un bâton de graphite de cette pâte. Le mieux est de faire une sorte de petit sac en papier rempli de cette pâte, et d'y planter le bâton de graphite au centre, puis de fermer le sac avec une ficelle pour que la pâte reste à l'intérieur. C'est facile à dire, mais pas à faire. Ceci dit, on entoure le tout par une feuille de zinc métallique, et on trempe le tout dans une solution de chlorure d'ammonium. Cela marche très bien. Le zinc sera le pôle négatif et le charbon le pôle positif.

[dragon9]

Ok... Et sinon, avec le chlorure de mercure, la pile débité vraiment la tension qu'elle devrait donner? Parce que je pense à une autre solution de ce type pour éliminer l'alumine dès sa formation vu que le HgCl2 est dangereux mais je ne suis pas certain que ça fonctionnera. Sinon merci de me répondre à chaque fois, c'est sympa ☺. Et en fait, est il conseillé d'utiliser un électrolyte qui réagit spontanément avec les électrodes? (Genre NaClo avec cuivre) parce que je suppose que dans ce cas une partie de l'énergie de la pile est dépensée inutilement, ou alors ça accélère juste la corrosion des électrodes 😖😓 (je fais pas mal de suppositions).