Pile Daniell

La pile Daniell a été inventée par le chimiste britannique John Daniell en 1836 au moment où le développement du télégraphe faisait apparaître un besoin urgent de sources de courant sûres et constantes.

Illustration d'un élément Daniell inventé en 1836

La pile électrique Daniell est constituée d'une anode (lame de zinc plongée dans une solution contenant du sulfate de zinc) et d'une cathode (lame de cuivre plongée dans une solution contenant du sulfate de cuivre). Les deux solutions sont reliées par un pont salin (solution de chlorure de potassium ou de nitrate de potassium ) qui sert à équilibrer les charges.

Étude des deux demi-pilesModifier

 
Schéma de principe d'un élément Daniell

Demi-pile du zincModifier

Le couple   est impliqué dans la demi-équation d'oxydo-réduction :

 

L'équation de Nernst qui lui est associée est :

 

où le potentiel standard vaut :

 .


Aussi, le potentiel de l'électrode de zinc est donc :

 [1].

Demi-pile du cuivreModifier

Le couple   est impliqué dans la demi-équation d'oxydo-réduction :

 

L'équation de Nernst qui lui associée est :

 

où le potentiel standard vaut :

 .


Aussi, le potentiel de l'électrode de cuivre est donc :

 [2].

Prévision de l'évolution chimiqueModifier

La « règle du gamma » impose une équation bilan de la réaction :

 

La constante K de cette réaction est de l'ordre de  , c'est-à-dire que tant que le quotient de cette réaction est inférieur à K, la réaction évolue dans le sens direct, c’est-à-dire dans le sens de la consommation des réactifs.

Ainsi, il y a :

Fonctionnement électrochimiqueModifier

 
Manipulation autour d'un montage avec un pont salin

À l'anodeModifier

La réaction d'oxydation d'un atome de zinc de l'anode entraîne la libération de deux électrons dans le circuit :

 

Le potentiel de l'électrode de zinc est le plus bas, c'est le pôle – de la pile :

 .

Dans les fils électriquesModifier

Les électrons libérés se dirigent alors vers l'autre électrode de la pile (le pôle +) en créant un courant dans le circuit. Ce courant est conventionnellement positif du pôle + vers le pôle – , alors que les électrons se dirigent du pôle – vers le pôle + (car les électrons sont chargés négativement).

La tension aux bornes de la pile (c’est-à-dire la différence de potentiel entre ses électrodes) est  .

À la cathodeModifier

Arrivés à la cathode, les électrons sont impliqués dans la réduction des ions cuivre II présents dans la solution :

 

Ce qui entraîne la croissance de la lame de cuivre.

Le potentiel de l'électrode de cuivre est le plus haut, c'est le pôle + de la pile :

 .

Dans le pont électrolytiqueModifier

Dans le pont électrolytique (ou pont salin),

  • deux anions chlorure ( ) - ou nitrate ( ) dans le cas d'un pont salin à base de   - dérivent vers la solution de sulfate de zinc ;
  • alors que deux cations potassium ( ) traversent le pont salin pour rééquilibrer la solution de cuivre.

Le pont électrolytique sert ainsi à fermer le circuit électrique, tout en assurant aux deux demi-piles des potentiels différents.

Notes et référencesModifier

AnnexesModifier

 
Piles Daniell (1836)


BibliographieModifier

Articles connexesModifier

Liens externesModifier