Pile et oxydoréduction

[BZFK]

Bonjour,

Aujourd'hui j'ai monté une pile Daniell : Zn(s) + Cu+(aq) = Zn+(aq) + Cu(s), très bien. On me dit alors que la lame de cuivre peut être remplacée par une tige de graphite, OK, pourquoi pas, ça n’empêchera pas les électrons de quitter le zinc pour aller retrouver des ions cuivre dans l'autre compartiment. Mais alors, à ce moment là pourquoi plonger la lame de zinc dans une solution d'ion zinc ? Finalement, les réactifs ne sont que Zn(s) et Cu2+(aq)... Pourtant, on parle en théorie d'une association de demi-pile redox du type Mn+/M. Est-ce pour des raisons thermodynamiques traduites par la relation de Nernst qui fait intervenir log[Zn2+] ? Y a-t-il une explication "chimique" ? Est-il juste de dire qu'une tige de graphite remplace très bien la lame de cuivre ?

Par avance merci pour vos réponses !
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[moco]

Bonsoir.
Oui. On peut remplacer le cuivre par du graphite ou de l'or, ou du platine dans la pile Daniell. La nature de l'électrode n'intervient pas dans les réactions chimiques qui se passent dans cette pile. Les ions cuivre Cu2+ reçoivent les électrons en provenance de cette électrode, quelle que soit sa nature. La seul problème est que la tension de cette pile sera peut-être perturbée par le phénomène de surtension. Mais la pile marchera selon les mêmes réactions chimiques.

[BZFK]

Bonjour moco et merci pour votre réponse.

Pour la surtension à l'anode (cuivre), c'est un problème posé lors d'une électrolyse, c'est bien ça ?

Et de l'autre côté, qu'en est-il de la solution d'ions Zn2+ ? Sont-ils indispensables ? Si oui, si non, pourquoi ?

Encore merci pour votre aide et bon dimanche.

[moco]

Bonjour,
Non. les ions Zn2+ ne sont pas indispensables. Mais il faut des ions, et des ions qui ne réagissent pas chimiquement avec le métal Ag. Les ions sodium Na+ ou potassium K+ conviendraient aussi. Et bien s'ur, il faut des ions négatifs pour accompagner et neutraliser électriquement cette solution. S'il n'y a pas d'ions dans le compartiment au contact avec le métal zinc, la pile ne marchera pas. En effet, sitôt le premier ion Zn2+ créé en solution à la suite de l'émission des premiers électrons, la solution se chargera positivement ce qui repoussera l'éventuel ion suivant, et empêchera donc la création d'ions Zn2+ ultérieurs. Et la pile s'arrêtera.
Dans la pile Daniell, il y a des ions négatifs au contact de la plaque de zinc pour compenser la création de ces nouveaux ions Zn2+. Et évidemment, cela crée un appel de nouveaux ions négatifs qui proviendront du compartiment cathode (cuivre), à travers la membrane de séparation, ou le pont salin.

[A voir en vidéo sur Futura]

[BZFK]

Et bien merci, votre réponse est très claire. J'ai comme tout le monde en enseignement supérieur scientifique appris les base de l'oxydoréduction, mais je viens de découvrir quelque chose aujourd'hui.
Si je peux me permettre, cela soulève une dernière question : pourquoi sur tous les cours en ligne et les dans tous les manuels papier présente-t-on la pile "pédagogique" comme une association d'électrodes {métal + son cation} ? Je présume que c'est là qu'intervient la thermo avec les potentiels et les surtensions. Bref, à l'occasion, je ne suis pas contre un dernier éclaircissement !
Bien à vous.

[moco]

Bonjour,
Que veux-tu dire ? Il est vrai qu'une pile est formée d'un métal trempant dans une solution de son cation. Si ce n'est pas le cas dans la pile formée du métal zinc trempant dans une solution ne contenant pas son ion Zn2+, cette situation ne dure pas, car au bout de quelques millisecondes, il y a des ions Zn2+ en solution, et l'équilibre entre le métal et ses ions se rétablit rapidement.

[BZFK]

Imparable ! Tout comme à l'anode, si la lame de cuivre est remplacé par du graphite, en quelques instants il y formation de cuivre et donc apparition du couple Cu2+/Cu.
Merci pour votre éclairage avisé.
Meilleures salutations !

[moco]

Bravo,
Votre raisonnement est parfait. Vous finirez par devenir un expert en électrochimie !