Potentiel électrochimique et effet Donnan

[Halogenes]

Bonjour à tous,

Je suis en train de travaille sur les phénomènes de diffusion ionique et j'ai un peu de mal à saisir la notion de potentiel électrochimique.

J'ai cru comprendre que pour des particules neutres, on pouvait calculer le potentiel chimique d'une particule avec la formule ci-dessous

Sauvegarde.png

Pour un ion, on peut ajouter la notion de charge en définissant le potentiel électrochimique comme ceci

Sauvegarde.png

Si j'ai bien compris, lors d'une diffusion simple on a une égalisation des concentrations et donc des potentiels chimiques et électrochimiques. J'ai toutefois une première question : parle-t-on d'un potentiel chimique/électrochimique pour une particule ou bien pour l'ensemble d'une solution ou d'un compartiment ? Au vu des formules, il me semble qu'on parle d'un potentiel par espèce, mais sont-ils alors tous égaux pour toutes les espèces dans un même compartiment ?

On se base sur la formule définissant le potentiel électrochimique d'une espèce pour définir la relation de la Nernst, qui permet de quantifier la différence de potentiel à l'équilibre entre deux compartiments. J'ai du mal à comprendre ce qu'est le potentiel d'un compartiment ?

En arrivant à l'expérience de l'effet Donnan je me suis rendu compte que je mélangeais toutes ces données, et je n'arrive pas à comprendre comment ces différents paramètres interagissent.

Je vous remercie d'avance pour les éclaircissements que vous saurez m'apporter.

Bonne journée,
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[gts2]

J'ai toutefois une première question : parle-t-on d'un potentiel chimique/électrochimique pour une particule ou bien pour l'ensemble d'une solution ou d'un compartiment ? Au vu des formules, il me semble qu'on parle d'un potentiel par espèce, mais sont-ils alors tous égaux pour toutes les espèces dans un même compartiment ?

Chaque espèce a son propre potentiel électrochimique dans une solution donnée.
Si le système est à l'équilibre, pour chaque espèce i on a , 1 et 2 étant les compartiments.
C'est le problème de l'effet Donnan : il y a des espèces qui ne sont pas à l'équilibre.

On se base sur la formule définissant le potentiel électrochimique d'une espèce pour définir la relation de la Nernst, qui permet de quantifier la différence de potentiel à l'équilibre entre deux compartiments. J'ai du mal à comprendre ce qu'est le potentiel d'un compartiment ?

Le potentiel d'un compartiment est le potentiel électrique classique, c'est le potentiel du conducteur que constitue la solution.

[Halogenes]

Salut gts2, merci pour tes réponse, c'est un peu plus clair.

Mais je ne comprends toujours pas le lien entre potentiel d'un compartiment et potentiel électrochimique des espèces qu'il contient. Lorsque tous les potentiels électrochimiques des espèces sont égaux dans les deux compartiments on a a pas de différence de potentiel entre les deux compartiments ?

[gts2]

Lorsque tous les potentiels électrochimiques des espèces sont égaux dans les deux compartiments on n'a pas de différence de potentiel entre les deux compartiments ?

C'est bien cela, mais tout réside dans "tous", cela signifie que toutes les espèces sont à l'équilibre, et dans l'effet Donnan, il y a une espèce qui ne peut diffuser et n'est donc pas à l'équilibre.

Mais je ne comprends toujours pas le lien entre potentiel d'un compartiment et potentiel électrochimique des espèces qu'il contient.

Le premier potentiel est le potentiel électrique, le deuxième est appelé potentiel, parce qu'il a les mêmes propriétés mathématiques, dit simplement les particules se déplacent du potentiel le plus élevé vers celui le moins élevé.

Or dans votre cas, les espèces se déplacent pour deux raisons, la différence de concentration (diffusion), la différence de potentiel électrique, donc un champ électrique, qui exerce une force F=qE.
Le potentiel électrochimique regroupe les deux causes , le premier terme correspond à la diffusion (mu augmente quand c augmente), le deuxième à l'effet du champ électrique (pour une charge positive, mu augmente quand V augmente).

[A voir en vidéo sur Futura]

[Halogenes]

C'est bien cela, mais tout réside dans "tous", cela signifie que toutes les espèces sont à l'équilibre, et dans l'effet Donnan, il y a une espèce qui ne peut diffuser et n'est donc pas à l'équilibre.

Ok j'ai compris.

Par contre je suis confus, effectivement j'ai vu cet effet Donnan dans le chapitre sur la migration électrique de mon cours, mais est-ce que ça signifie que pour l'effet Donnan et pour la définition d'un potentiel électrochimique il faut forcément que la solution soit soumise à une champ électrique ?

Merci pour ton aide !

[gts2]

S'il y a différence de potentiel cela veut dire qu'il y a un champ électrique. Mais ce champ peut-être un champ créé par le système lui-même.
Dans votre cas, si une membrane sépare deux milieux de concentrations différentes, les ions vont se déplacer par diffusion mais pas forcément de manière identique, il va donc y avoir un déséquilibre de charges qui va créer ce champ électrique.

[Halogenes]

Ok je vois. Merci pour toutes tes réponses.

Je me permets une dernière question, sur le résultat renvoyé par la relation de Nernst. J'ai lu dans mon cours qu'elle servait à calculer la différence de potentiel à l'équilibre entre deux compartiments en fonction des concentration d'un ion dans ces deux compartiments, mais je ne suis pas sûr de comprendre. C'est la différence de potentiel propre à une espèce ? On peut dire, pour deux particules dans la même solution, qu'on a une différence de potentiel nulle pour une particule neutre diffusible et une différence de potentiel positive pour une particule chargée qui ne peut pas diffuser ? (à cause d'une membrane dialysante).

Merci pour tout.

[gts2]

La différence de potentiel est une caractéristique des solutions, donc la différence de potentiel est la même pour toutes les espèces.

Pour une particule neutre, il existe une différence de potentiel mais sans effet car dans l'expression du potentiel électrochimique, il faut multiplier le potentiel par la charge.

Pour une particule qui ne peut diffuser, celle-ci n'est pas à l'équilibre.

[Halogenes]

Merci pour tout !