Transformation spontanée dans les piles

Transformation spontanée dans les piles

i.Transformations spontanés dans les piles

1) Transfert spontané d’électrons entre des espèces chimiques

Lorsqu’on mélange deux espèces chimiques appartenant à deux couples (Ox/Red), il y a transfert spontané d’électron de l’oxydant d’un couple vers le réducteur de l’autre.

2) Constitution d’une pile

  • La pile : est un dipôle qui transforme l’énergie chimique en énergie électrique
  • La pile est composée de deux compartiments liés par un pont salin :
    • 1ᵉʳ compartiment est composé d’un métal \(M_1\) plongé dans une solution contient les ions \(M_1^{n+}\)
    • 2ᵉᵐᵉ compartiment est composé d’un métal \(M_2\) plongé dans une solution contient les ions \(M_2^{m+}\)
    • Le pont salin constitue d’une solution électrolytique
Remarque

Le rôle du pont salin est d’assurer la neutralité électrique et de garantir le passage du courant électrique

ii.Fonctionnement d’une pile

1) Principe de fonctionnement

  • Les deux couples qui interviennent au cours de fonctionnement de la pile sont : \(M_1^{n+}/M_1\) et \(M_2^{m+}/M_2\)

\(M_1\) : est l’électrode négative de la pile appelé anode, où il y a une oxydation : \(M_1 \rightleftharpoons M_1^{n+} + n.e^-\)

\(M_2\) : est l’électrode positive de la pile appelé cathode où il y a une réduction : \(M_2^{m+} + m.e^- \rightleftharpoons M_2\)

  • Au cours de fonctionnement d’une pile, il se produit une réaction d’oxydoréduction d’équation : \(n.M_2^{m+} + m.M_1 \rightleftharpoons n.M_2 + m.M_1^{n+}\)
e⁻ R Anode ⊖ ⊕ Cathode I NO₃⁻ Na⁺ Pont salin Oxydation Réduction

2) Le schéma conventionnel de la pile

Le schéma conventionnel de la pile est : \(\ominus\ M_1/M_1^{n+} \,\|\, M_2^{m+}/M_2\ \oplus\)

iii.Caractéristiques d’une pile

1) Force électromotrice

Une pile est un dipôle actif caractérisé par sa force électromotrice E (se mesure à l’aide d’un voltmètre)

2) Evolution spontanée d’une pile

  • Le système évolue dans le sens direct, lorsque \(Q_r < K\)
  • Lorsque le système est en équilibre, \(Q_{ri} = K\) la pile est usée (déchargée) \(I = 0\ \text{A}\)

3) Quantité d’électricité débitée par une pile

La quantité d’électricité débitée par une pile débitant un courant d’intensité constante I pendant une durée Δt est donnée par :

\(Q = I.\Delta t = n(e^-).F\)
n(e⁻) : la quantité de matière d’électrons
\(F = 9{,}65.10^{4}\ \text{C.mol}^{-1}\) : la constante de Faraday

4) Quantité d’électricité maximale débitée par une pile

La quantité d’électricité maximale \(Q_{max}\) débitée par une pile est : \(Q_{max} = I.\Delta t_{max} = n(e^-)_{max}.F\)

\(\Delta t_{max}\) : la durée maximale du fonctionnement de la pile (durée de vie de la pile)

COURS 2BAC PC
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