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Fonctionnement des piles - on se moque des étudiants

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  #1  
Old 08-23-2004, 07:50 PM
rabipelado
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Default Fonctionnement des piles - on se moque des étudiants



Bonjour,

Pour ceux qui ne veulent pas lire mon introduction, passez directement
derrière la ligne en tirets ---

Je ne sais pas si vous avez remarqué, mais personne n'explique jamais
l'expérience de Galvani à la lumière de ce que l'on sait aujourd'hui.
A chaque fois on nous dit que c'est l'expérience fondamentale qui a
abouti à la découverte des piles (avec Volta), mais on ne l'explique
jamais avec des réactions d'oxydo-réduction. On préfère taire
l'interprétation de l'expérience plutôt que risquer de se tromper. Ou
alors on donne des explications vaseuses sans entrer dans les détails.

Aujoud'hui, lorsqu'on introduit l'électrochimie en cours, on part de
piles "toutes faites" puis on dit comment elles fonctionnent. On dit
que le courant est dû à des réactions d'oxydo-réduction puis on exhibe
les réactions d'oxydo-réduction en question. Point barre.

Ensuite, tout cela n'est que prétexte à calculs, en utilisant les
potentiels de Nernst. On cache, comme d'habitude en France, son
ignorance derrière des formules mathématiques. Les professeurs de
physiques croient être des professeurs de physique mais ils ne sont en
réalité que des professeurs de mathématiques.

Quelques professeurs à l'acuité intellectuelle plus développée partent
des expériences où un métal plonge dans un électrolyte, explique la
réaction chimique d'oxydo-réduction puis , début d'une véritable
explication du fonctionnement des piles, disent que les mêmes
réactions peuvent se passer sans que les réactifs ne se mélangent. Ils
exhibent alors la pile Daniell.

Malheureusement ils ne vont pas plus loin. Ils ne disent pas quelles
ont été les questions qui ont présidées au choix des différents
constituants de la pile Daniell.

Ils ne parlent pas non plus des potentiels de jonction au contact des
deux métaux différents. Alors que ce phénomène est à la base du
fonctionnement des piles. On préfère parler des couples
oxydant/réducteur. Pas des jonctions métal-métal. Ni de la
double-couche électronique engendrant un champ électrique à la
jonction.

Ceux qui parlent des potentiels de jonction métal-métal (si, ils
existent !!!) parlent ensuite du rôle de l'électrolyte, disant que
sont rôle est de consommer les électrons brisant ainsi la barrière de
potentiel et autorisant les électrons à maintenir un courant.
Malheureusement, ces quelques véritables professeurs ne vont pas plus
loin.

Il ne disent pas pourquoi une électrode de métal Cu doit plonger dans
un électrolyte contenant des ions Cu++. Pourquoi pas dans une autre
solution ionique ne contenant pas d'ions Cu++ ? Idem pour l'électrode
de zinc Zn.

Ils font donc tremper Zn dans une solution aqueuse de ZnSO4 et une
électrode de Cu dans une solution de CuSO4. Bref, on a l'impression
que pour avoir de l'oxydo-réduction on doit nécessairement avoir au
départ Zn trempant dans ses ions, et Cu trempant dans ses ions. En
généralisant, on peut penser qu'il est donc obligatoire d'avir un
métal trempant dans ses ions.

Or rien n'est plus faux. Très tôt les ions du métal apparaissent, mais
ce n'était pas un pré-requis. Et cela, aucun professeur ne l'explique.

Ensuite vous remarquerez que les deux électrolytes contiennent tous
les deux le même ion SO4--. Pourquoi est-ce que cela doit être le même
anion dans les deux cas ? Ne cherchez pas dans vos cours, personne ne
vous l'explique non plus. La réponse véritable est "parce que cela
simplifie les calculs" !!!

Ben tiens donc !!! On part donc de la théorie pour fabriquer
l'expérience-qui-va-bien où les calculs sont faciles!!! Tout l'inverse
de ce qui s'est passé historiquement. La nature, elle, se moque bien
de savoir si ce qu'elle réalise est facilement calculable ou pas !!!

Par la suite, on dit que l'on relie les électrolytes par un pont
salin. KCl en général. Pourquoi KCl et pas NaCl par exemple ? Je n'ai
vu la réponse qu'à un seul endroit sur un site internet.

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
Alors voilà : j'ai pensé à une pile qui n'existe pas dans la
littérature mais qui, si elle marche, me permettrait de m'assurer que
j'ai bien compris les mécanismes de création de courant dans les
piles.

Anode : métal Cu plongeant dans une solution aqueuse de H2SO4.
Cathode : métal Ag plongeant dans une solution aqueuse de AgNO3.
Electrolytes séparés par une membrane.

Question : EST-CE QUE CA MARCHE ?

Pour moi oui :

Réaction anode : Cu + H2SO4 -> CuSO4 + 2é + 2H+
Réaction cathode : 2AgNO3 + 2é + 2H+ -> 2Ag + 2HNO3.

Réaction bilan : Cu + 2Ag+ -> Cu++ + 2Ag

J'ai une multitude de potentiels de jonction électrolyte-électrolyte
au niveau de la membrane de séparation qui font que la pile n'est pas
efficace. Mais je m'en moque car je ne veux pas faire de calculs !!!
Je veux faire comme la nature.

Si ça marche, alors on pourra dire que j'ai inventé ma propre pile en
allant au-delà de ce que me montrent les cours.
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  #2  
Old 08-24-2004, 07:31 AM
cd
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Default Fonctionnement des piles - on se moque des étudiants

Euh je crois que ca fait partie du programme de seconde ou 1ere non?
En tous cas le couple Cu/Ag donne un potentiel médiocre (environ 0,5 V)
C pas ce qui se fait de mieux en pile surtout vu le prix des composants ;-)
Cordialement.
Dominique

"rabipelado" <[Only registered users see links. ]> a écrit dans le message news:
[Only registered users see links. ]...
---------------------------------


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  #3  
Old 08-24-2004, 11:20 AM
Jos
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"rabipelado" <[Only registered users see links. ]> a écrit dans le message de
news:[Only registered users see links. ]...
| Bonjour,
|
| Pour ceux qui ne veulent pas lire mon introduction, passez directement
| derrière la ligne en tirets ---
|

[snip la logorrhée inepte]

Quand on ne sait pas de quoi on parle on se tait.

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  #4  
Old 08-25-2004, 09:04 AM
Rabipelado
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> [snip la logorrhée inepte]

Logorrhée inepte ?
Prouvez le contraire !!! où voyez-vous des explications sur la conception
des piles dans les cours ? Les piles étudiées sont toutes faites, il ne
reste plus qu'à expliquer le fonctionnement !!! Les concevoir est autrment
plus difficile !

Êtes-vous de ceux qui apprennent bêtement ce que disent les professeurs sans
pour autant réfléchir par vous-même pour aller au-delà ?

Cette logorrhée inepte correspond à du vécu, même si cela vous parait
inepte.
Quand on ne sait pas de quoi on parle, on se se tait pas : On pose des
questions. Ne pas savoir est excusable. Ne pas chercher à savoir est
inexcusable.


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  #5  
Old 08-25-2004, 09:17 AM
Rabipelado
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> Euh je crois que ca fait partie du programme de seconde ou 1ere non?
;-)

Oui, l'oxydo-réduction fait partie du cours de seconde ou première. Mais nul
part on n'y indique la raison pour laquelle les ions Cu2+ (pile Daniell)
attirent les élctrons du Zinc alors qu'entre les deux, il existe un métal
intermédiaire (en l'ocurrence le Cu, et le métal du conducteur reliant les
deux électrodes).
Si vous pensez à Cu2+ + Zn -> Zn2+ + Cu c'est correct mais cela est un
résultat, pas une explication. Pourquoi les électrons de Zn iraient
tranquillement diffuser dans le conducteur métallique reliant les 2
électrodes, puis dans l'électrode Cu, pour enfin être consommés par les ions
Cu++ ?
Pourquoi ne reste-t-ils pas sagement dans Zn ? La raison, qui fait
intervenir selon les auteurs la densité électronique d'un métal par rapport
à l'autre ou les différences d'énergie de liaison des électrons entre deux
métaux n'est pas donnée dans un cours de première. Ni en 1ère ou 2ème année
après le BAC.
Comment ensuite ces électrons franchissent la barrière de potentiel
résultant des contacts métal-métal ? Pourquoi sont-ils davantage attirés par
les ions Cu2+ que par les cathions Zn2+ qu'ils laissent derrière eux ?
Pour cela, je n'ai trouvé l'explication ni en seconde, ni en première, ni en
terminale, ni deux ans après le BAC.


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  #6  
Old 08-25-2004, 10:23 AM
Rabipelado
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> Quand on ne sait pas de quoi on parle on se tait.

Au fait, puisque vous pensez que je ne sais pas de quoi je parle, c'est
parce que quelque chose que j'ai écrit vous semble absurde. Donc :
- Dites-moi où trouvez-vous une explication en terme d'oxydo-réduction de
l'expérience de Galvani ?
- Dites-moi où trouvez-vous un cours expliquant comment concevoir une pile
en choisissant chacun de ses constituants (électrodes, électrolytes, ponts
salins...) ?
- Potentiel de jonction métal-métal : tous les étudiants savent ce que
c'est. Je ne m'étendrai pas dessus.
- Explication due au phénomène de diffusion des électrons d'un atome à
l'autre : voir Emmanuel Curis (agrégé de l'ENS et docteur en chimie), avec
lequel j'ai correspondu dans le passé.
- Raison de la présence en commun de ions SO4-- (calculs plus faciles) :
Voir Emmanuel Curis (déjà cité)
- Non-obligation d'avoir un métal trempant dans ses ions : Voir Emmanuel
Curis (déjà cité)
- Explication due à une différence d'énergie de liaison entre les électrons
de deux métaux différents : voir E. Purcell (déjà cité).
- Barrière de potentiel, consommation des électrons : explications données
dans un livre américain de E. Purcell (prix nobel de physique).
- Explication du pont salin KCl au lieu d'un type quelconque de pont salin :
si vous trouvez le site internet disant que c'est parce que ces ions sont
équitranférants, vous verrez qu'il est bien seul.


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  #7  
Old 08-27-2004, 05:47 PM
yves
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Je suis, modestement car je n'y connais rien, d'accord...
Cela me chagrinait, gamin, qu'on m'expose les concepts de métal 0 et d'ions
et qu'on me balance ensuite la pile VOLTA comme étant un empilement de
plaque de cuivre et de plaque de zinc mouillée au jus de citron...et
roule... par ici les électrons avec un métal0 et un autre métal0..!!!

J'ai eu l'occasion de faire un audit chez un fabricant de batteries au
plomb..
pas des piles mais des batteries...
Le directeur technique tenait à peu près le même discours: il n'avait jamais
vu ni un instit,
ni un prof,ni un manuel scolaire qui donne une explication correcte et
compréhensible du fonctionnement d'une batterie au plomb...(quel que soit le
niveau théorique de l'audience).
Il avait sous le coude 4 ou 5 raisons scintifiques pour expliquer que les
batteries au plomb ne pouvaient pas marcher...mais ne contestait pas
qu'elles marchent...

Ce qui l'amusait c'était par exemple que les batteries aient cessé de
fonctionner lorsque les cales séparant les éléments ont été réalisées en
plastiques plutôt qu'en bois...(depuis on ajoute des lignosulfates à l'acide
de mémoire...)
C'était aussi qu'on puisse se servir d'H2SO4 comme électrolyte..j'ai oublié
pourquoi...
C'était qu'on puisse les charger en dépassant de plusieurs volts le
potentiel de dissociation de l'eau...
c'était que l'un des pôle soit consitué de PbO2sur un support constitué
d'une grille de plomb0 sans qu'il y ait de PbO formé (de mémoire)...

Pour ce qui est de l'enseignement, l'électrochimie et la thermodynamique
sont dans 95% des cas enseignées par des "mathématiciens" (lorsqu'ils le
sont..).j'ai un énoncé, j'ai 4 inconnues il me faut 4 équations
indépendantes....
D'ailleurs les ouvrages corrects de vulgarisation scientifiques sont
rarement français...

Mais au fait quel est ce site parlant du pont en KCl?

Et surtout pourquoi ne produisez vous pas un petite page internet pour
présenter ces concepts; vous semblez avoir fini par correctement
débroussailler le sujet!!
je cherche des explications claires là dessus depuis des années, des
explications en français pas des équations "miroirs aux alouettes"...


"Rabipelado" <[Only registered users see links. ]> a écrit dans le message de news:
412c68d4$0$29672$[Only registered users see links. ].fr...
électrons
:


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  #8  
Old 08-28-2004, 10:51 PM
rabipelado
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Default Fonctionnement des piles - on se moque des étudiants


Je n'ai pas encore réussi (mais je vais continuer à essayer) de
retrouver le lien. Cependant j'avais téléchargé le pdf
"Chapitre_V.pdf" dont voici le copier-coller sur le pont salin :

"On peut réaliser la jonction entre deux électrodes, soit en les
plongeant dans la même
solution d'électrolytes, soit en insérant une jonction réalisée par
une paroi poreuse
(diaphragme ou séparateur en verre fritté) ou un pont salin, et notée
par une double barre
verticale: x x . Le pont salin peut consister par exemple en un gel
d'agar saturé de KCl. Ce type
de jonction électrolytique ne présente qu'une différence de potentiel
associée très faible,
quelques mV, car les ions K+ et Cl- sont équitransférants. Dans le cas
contraire, il apparaît
un potentiel de jonction dû à la différence de vitesse de diffusion
entre les ions."


Je dois approfondir certaines notions avant, et confronter mes
déductions avec ceux qui savent (certains professeurs savent !!! mais
ils n'ont ni site internet, ni livre publié....). J'en connais dans
mon entourage.


Pour de la vulgarisation "rapide", je pense avoir compris l'essentiel.
A savoir expliquer pourquoi il y a du courant plutôt que pas de
courant. Si vous le souhaitez j'en ferai un résumé prochainement.

Mais je n'ai pas encore approfondi certains détails et ne ferai un
résumé que dés que j'aurai levé cxertains doutes. Par exemple pourquoi
il est énergétiquement plus intéressant que des électrons du zinc
migrent vers des cations du type Cu++ plutôt que de rester sagement là
où ils étaient. Je soupçonne une cause relative à la mécanique
quantique, mais n'en suis pas sûr. Ce qui est sûr, c'est que déjà dans
ce que j'ai lu personne ne dit pourquoi les électrons migrent. Ils
disent que ça migre et c'est tout...

Si maintenant des gens viennent me dire : oui, c'est la raison : elle
est de nature quantique et c'est pour cela qu'on ne voit la raison
profonde de cette migration qu'en maîtrise de physique, alors je
répondrait :
Pourquoi ne l'avoir pas dit plus tôt ? ça m'aurait éviter de gaspiller
mon temps à en chercher la cause dans mes anciens cours et sur
internet.

On parle bien des liaisons covalentes en chimie, qui sont de nature
quantique, et cela à bac, bac+1 et bac+2.
Le fait que mon doigt ne traverse pas la table résulte du principe
d'exclusion de Pauli. La raison est ici aussi de nature quantique et
certains nous le disent tel quel à bac+1 sans aller dans les détails
et c'est très bien comme ça. En ce qui me concerne cela me suffit car
je sais alors que si je veux approfondir, alors je dois étudier la
méca quantique.

Pour l'oxydo-réduction, c'est pareil : on peut dire comment ça marche,
mais en disant jusqu'où on peut aller et comment aller au delà si on
veut en savoir plus.

Pour l'instant, je trouve que l'on s'arrête trop tôt alors que les
mécanismes de base pourraient être expliqués (et non pas commentés
comme aujourd'hui) simplement, sans forcément approfondir.
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  #9  
Old 08-31-2004, 10:13 AM
n2mp
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Bonjour à tous,

"rabipelado" <[Only registered users see links. ]> a écrit dans le message de
news:[Only registered users see links. ]...


J'imagine difficilement faire autrement pour introduire l'électrochimie.
Peut être pourrait-on l'aborder comme des réactions chimiques impliquant les
électrons comme réactifs ? Mais partir de l'oxydo-réduction chimique et
introduire la notion de couple rédox me semble être la base indispensable à
toute l'électrochimie.


Là, je suis entièrement d'accord. Même si l'enseignement d'autres
disciplines scientifiques sont encore plus "rongées" par les mathématiques
que ne l'est la chimie ou l'électrochimie.


Euh!... Je croyais connaître les piles et les accus... Des potentiels de
jonctions métal/métal ?... La base de l'électrochimie des piles et accus, ce
sont les potentiels de Nersnt et les surtensions, pas les potentiels de
jonctions métal/métal... Ce sont les thermocouples qui utilisent ce principe
il me semble.


Malgré mes connaissances en électrochimie, je n'ai jamais entendu parler de
ces potentiels, du moins pas sous cette dénomination.


On peut le penser tout comme on peut aussi réfléchir et ne pas généraliser.


A moins que ce ne soit parce que dans la pratique, on utilise un seul et
même électrolyte : l'acide sulfurique.
Même si on explique l'électrochimie des piles et des accus à partir de piles
qui n'existent pas plutôt qu'à partir de piles qui existent. Ce serait trop
simple de présenter un accu au plomb ou une pile alcaline où il n'y aucun
pont salin par exemple :-).


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  #10  
Old 08-31-2004, 10:25 AM
n2mp
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Bonjour à tous,

"Rabipelado" <[Only registered users see links. ]> a écrit dans le message de
news:412c5957$0$18623$[Only registered users see links. ].fr...

nul
ions

Ce n'est pas un résultat mais bien une explication.
Si la réaction se fait, c'est parce que, comme pour toute réaction
d'oxydo-réduction, l'oxydant du couple rédox ayant le potentiel (de Nersnt)
le plus fort réagit avec le réducteur du couple rédox ayant le potentiel le
plus faible.
Au lycée, vous devez vous contenter d'admettre cette règle de base de toute
l'électrochimie. Pour aller plus loin, il vous faudra faire intervenir les
énergies libres et entrer de plein pied dans la thermodynamique. C'est du
programme de fac, mais pas de lycée.

rapport

On se calme là !... Vous ne voulez tout de même pas enseigner ça au lycée
!... Et pourquoi pas les logarithmes en 6ème aussi tant que vous y êtes !...


Ni en 1ère ou 2ème année

Je ne comprend rien là : des contacts métal/métal dans une pile !... Des
contacts métal/électolyte soit, mais métal/métal !....

Pourquoi sont-ils davantage attirés par
Parce que ces ions sont plus oxydants que les ions Zn2+ et vont donc réagir
en premier.


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Tags
des , étudiants , fonctionnement , moque , piles


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