Prenons l’exemple d’une pile
d’étude traditionnelle, la pile de Daniell.
Elle est constituée de deux demi-piles. La première est
formée d’une solution contenant des ions Zn
et d’une électrode
de zinc. La seconde est occupée par une électrode de cuivre
plongée dans une solution d’ions Cu .
Une paroi poreuse sépare les deux solutions et les électrodes
sont reliées par un fil conducteur sur lequel est disposé
une résistance et un ampèremètre. Celui-ci permet
d’observer le passage d’un courant dans le circuit extérieur,
de l’électrode de cuivre vers celle de zinc.
Le courant électrique ne se déplaçant que du pôle
+ vers le pôle —, on peut conclure que l’électrode
de cuivre constitue le pôle positif de la pile et l’électrode
de zinc le pôle négatif.
Les électrons
se déplacent dans le sens inverse du courant électrique,
de la borne négative vers la borne positive.
L’observation de l’évolution dans le temps des deux
cellules électrochimiques permet de décrire les processus
chimiques s’y produisant.
Le pôle positif de la pile, correspondant à la cathode
(ici l’électrode de cuivre), est toujours le siège
d’une réduction.
Les ions Cu
captent donc les électrons provenant du circuit extérieur
et se transforment en cuivre métal : Cu (aq)
+ 2 e¯ = Cu(s). La solution perd
alors sa couleur bleue caractéristique des ions Cu
et un dépot de cuivre s'installe sur l'électrode.
A l’inverse, le pôle négatif, correspondant à
l’anode
(ici l’électrode de zinc), est toujours le siège
d’une oxydation.
Le zinc cède ainsi des électrons au circuit extérieur
et libère des ions Zn
en solution : Zn(s)
= Zn (aq)
+ 2 e¯. L'électrode de zinc est alors consommée.
L’équation globale d’oxydoréduction s’écrit
donc : Cu (aq)
+ Zn(s) = Cu(s)
+ Zn (aq).
Les ions
chimiquement inertes contenus dans la paroi poreuse (ou le pont salin
selon l’expérience) servent ainsi à compenser les
excès ou manques de charges provoqués dans les solutions
électrolytiques par cette transformation.
Une pile fonctionne donc grâce à une anode qui libère
des électrons, une cathode qui les reçoit et un électrolyte
qui permet aux électrons de voyager entre les deux pôles.
L’énergie chimique issue de la réaction
d’oxydoréduction est transformée, grâce
au transfert d’électrons, en énergie électrique
exploitable.
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