Didactique Electrochimie. Didactic Electrochemistry. Mini-pile de Volta Volta mini-battery. Réf : Français p 1. English p 8.

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1 Didactique Electrochimie Didactic Electrochemistry Français p 1 English p 8 Mini-pile de Volta Volta mini-battery Version : 8005

2 Didactique Mini-pile de Volta 1 Description La mini-pile de Volta est un ensemble complet permettant de construire et de mettre en œuvre une pile de Volta. D un emploi aisé, cette mini-pile de Volta constitue un ensemble économique très adapté à une utilisation par l élève. 1.1 Généralités Descriptif Base de la mini-pile de Volta. 5 Lot de lames de zinc. 2 Fiche banane femelle 4 mm. 6 Lot de lames de cuivre. 3 Plaque isolante en époxy. 7 Feuille de papier filtre. 4 Surface conductrice dorée. Tableau Matériel complémentaire Photo 1 L utilisation de la mini-pile de Volta ne requiert qu un environnement réduit. En effet le matériel nécessaire se limite à : Désignation Quantité Cordon avec fiche banane 4 mm. 2 Pince crocodile avec connexion 4 mm. 1 DEL sur support 1 Paire de ciseaux 1 Récipient (petit bécher) 1 Chlorure d ammonium - Eau déminéralisée - Tableau 3 FRANÇAIS 1

3 Didactique Mini-pile de Volta 2 Précautions d utilisation 2.1 Mise en garde La société JEULIN ne pourra être tenue pour responsable en cas d accident survenu en raison du non respect des instructions relatives à la sécurité décrites dans la présente notice. 2.2 Protection des personnes Le port de la blouse et des lunettes de sécurité est recommandé pendant la manipulation. 3 Mise en œuvre 3.1 Préparation de la solution conductrice Dans un petit récipient ou un petit bécher, verser de l eau déminéralisée et ajouter quelques spatules de sel (chlorure d ammonium ou chlorure de sodium). Agiter la solution à l aide de la spatule jusqu à dissolution complète du soluté. 3.2 Préparation de l électrolyte 1 Tout d abord, découper à l aide de ciseaux, 5 petits carrés de papier filtre de la taille des plaques métalliques. 2 Plonger ces carrés de papier dans la solution conductrice préparée précédemment de sorte qu ils soient totalement imbibés de solution. 3 Egoutter avec soin les carrés de papier filtre au dessus du bécher contenant la solution conductrice. Attention : Du soin apporté à cette étape dépend la qualité du résultat de la manipulation Schéma 4 FRANÇAIS 2

4 Didactique Mini-pile de Volta 3.3 Assemblage de la pile 1 Poser la base de la mini-pile de Volta sur la paillasse et procéder à l empilement des éléments dans l un des ordres suivants : Zinc Papier imbibé Cuivre Zinc Papier imbibé Cuivre [ ] ou Cuivre Papier imbibé Zinc Cuivre Papier imbibé Zinc [ ] 2 À la fin de l empilement, le motif doit se reproduire 5 fois et l empilement doit débuter par un type de métal et se terminer par l autre. 1 2 Schéma 5 Le contact électrique entre les éléments de la pile s établit pas simple contact. N exercer aucune pression sur l empilement, au risque de presser les feuilles de papier filtre et provoquer un écoulement de la solution conductrice le long de la pile et ainsi, de court-circuiter les éléments. 3.4 Réalisation du circuit électrique Une fois la pile assemblée, réaliser le circuit en branchant la DEL sur support aux bornes de la pile (Schéma 6). Schéma 6 Pour ce faire, connecter la fiche banane de la base de la mini-pile de Volta (schéma 1-2) à la DEL sur support grâce à un cordon avec fiche banane. Relier l autre cordon à la deuxième borne de la DEL sur support et à l autre extrémité du cordon, brancher la pince crocodile avec connexion 4 mm. FRANÇAIS 3

5 Didactique Mini-pile de Volta Fermer le circuit en posant la pointe de la pince crocodile sur le dessus de la pile (photo 7). Préparation de l expérience Schéma 4 Placer la bougie chauffe plat sous l étoile 4 métaux en la centrant dans le logement prévu (Photo 1-3). Centrer le centre du disque répartiteur de chaleur (Photo 1-5) à la verticale du centre de la bougie chauffe plat. Poser des petits morceaux de paraffine de même grosseur (2 à 3 mm de diamètre) dans les creusets situés aux extrémités des lames métalliques. Si la DEL ne s allume pas inverser le branchement à ses bornes. 3.5 Approche théorique Photo 7 La pile de Volta inventée en 1800 est constituée d un empilement alterné de lames de cuivre et de zinc. Une séparation toutes les deux lames est réalisée avec un matériau imbibé d une solution saline conductrice. La pile est ainsi constituée d éléments en série, chaque élément se composant d une lame de cuivre et d une lame de zinc séparées par une solution saline. Anode Cathode Schéma 8 FRANÇAIS 4

6 Didactique Mini-pile de Volta A l anode, il se produit une réaction d oxydation du zinc : Zn Zn e - E Zn 2+ /Zn = -0,76 V A la cathode, la réaction de réduction est la suivante (avec un électrolyte acide) : 2H e - H 2 E H + /H 2 = 0,00 V On peut constater, au vu de ces équations de demi-réactions redox que : - l anode en zinc est consommée au cours de la réaction, - la cathode de cuivre n intervient pas directement dans la réaction chimique. - il se forme du dihydrogène au contact de la cathode au cours de la réaction. - la tension théorique aux bornes de chaque élément est de l ordre de 0,76 V. De ces constats découle les principales caractéristiques de la pile de Volta. Seul le zinc est consommé lors de la réaction, et la tension délivrée aux bornes de chaque élément ne dépend que de la nature du métal employé. La pile de Volta est une pile polarisable, en effet au cours de la réaction, il se forme une couche de dihydrogène gazeux sur la surface de la cathode qui s oppose au passage du courant électrique. Celui-ci chute rapidement et il est nécessaire d éliminer le dépôt de dihydrogène (en nettoyant la surface des cathodes) pour que la pile fonctionne à nouveau correctement. Ce point constituait l inconvénient majeur de ce type de pile et a conduit à l invention de piles impolarisables telles que la pile Daniell en Entretien et stockage 4.1 Nettoyage des lames métalliques Les lames de cuivre et de zinc subissent des altérations de surface lors des manipulations, aussi il est nécessaire de les nettoyer régulièrement. Pour cela frotter les surfaces métalliques à l aide d un tampon de laine d acier ou d un grattoir d une éponge de vaisselle. Ensuite les sécher à l aide d un chiffon doux. Pour limiter l altération des lames métalliques les nettoyer à l eau claire aussitôt la manipulation terminée et les stocker après les avoir soigneusement essuyées. Nettoyer également la base de la mini-pile de Volta après chaque utilisation en la rinçant à l eau claire et en l essuyant soigneusement. Ne jamais frotter la surface conductrice dorée avec un produit abrasif (grattoir d éponge de vaisselle, tampon de laine d acier). La rincer à l eau claire et la sécher à l aide d un chiffon doux. 4.2 Consommables Les lames métalliques peuvent être remplacées lorsqu elles sont trop usées. Consommable pour mini pile de Volta Réf Tableau 9 FRANÇAIS 5

7 Didactique Mini-pile de Volta 5 Service après vente La garantie est de 2 ans, le matériel doit être retourné dans nos ateliers. Pour toutes réparations, réglages ou pièces détachées, veuillez contacter : JEULIN - SUPPORT TECHNIQUE Rue Jacques Monod BP EVREUX CEDEX FRANCE FRANÇAIS 6

8 Didactique Mini-pile de Volta NOTES FRANÇAIS 7

9 Didactic Volta mini-battery 1 Description The Volta mini-battery is a complete kit that allows building and using a Volta battery. Easy to use, this Volta mini-battery is an economic set highly suitable for use by the student 1.1 General points Description Photo 1 1 Base of the Volta mini-battery. 5 Set of zinc strips. 2 Female banana pin 4 mm. 6 Set of copper strips. 3 Insulating epoxy plate. 7 Sheet of filter paper. 4 Golden conductive surface. Table Additional material The use of the Volta mini-battery only requires a small environment. The material required is limited to the following: Name Quantity Wire with banana pin 4 mm. 2 Alligator clip with 4 mm connection. 1 LED on support 1 Pair of scissors 1 Container (small beaker) 1 Ammonium chloride - Deionized water - Table 3 ENGLISH 8

10 Didactic Volta mini-battery 2 Precautions for use 2.1 Warning The company JEULIN will not be held responsible in case of accident due to the non compliance with the instructions concerning safety described in this instruction manual. 2.2 Protection of persons It is recommended to wear a lab coat and safety goggles during the experiment. 3 Organization 3.1 Preparation of the conductive solution Pour the deionized water in a small container or small beaker and add a few spatulas of salt (ammonium chloride or sodium chloride). Stir the solution with the spatula until the salt dissolves completely. 3.2 Preparation of the electrolyte 1 First, cut with the scissors 5 small squares of filter paper of the size of the metal plates. 2 Dip the paper squares in the conductive solution previously prepared so that they are completely soaked by the solution. 3 Drain the filter paper squares carefully above the beaker containing the conductive solution. Warning: The quality of the experiment depends on the attention given to this step Diagram 4 ENGLISH 9

11 Didactic Volta mini-battery 3.3 Battery assembly 1 Place the base of the Volta mini-battery on the lab bench and stack the elements one by one in the following order: Zinc Soaked paper Copper Zinc Soaked paper Copper [ ] Copper Soaked paper Zinc Copper Soaked paper Zinc [ ] or 2 At the end of the stack, the pattern must be reproduced 5 times and the stack must start with one type of metal and end with the other. 1 2 Diagram 5 The electrical contact between the battery elements takes place by simple contact. Do not put any pressure on the stack, as there is a risk of pressing on the filter paper and provoking a release of conductive solution along the stack and thus short-circuit the elements. 3.4 Preparation of the electrical circuit Once the battery has been assembled, prepare the circuit by connecting the LED on a support to the battery terminals (Diagram 6). ENGLISH 10

12 Didactic Volta mini-battery Diagram 6 To do this, connect the banana pin of the Volta mini-battery base (diagram 1-2) to the LED on the support using a wire with a banana pin. Connect the other wire to the second terminal of the LED on a support and connect the alligator clip with a 4 mm connection to the other end of the wire. Close the circuit by placing the tip of the alligator clip on top of the battery (photo 7). Diagram 4 Preparation of the experiment Placer la bougie chauffe plat sous l étoile 4 métaux en la centrant dans le logement prévu (Photo 1-3). Centrer le centre du disque répartiteur de chaleur (Photo 1-5) à la verticale du centre de la bougie chauffe plat. Poser des petits morceaux de paraffine de même grosseur (2 à 3 mm de diamètre) dans les creusets situés aux extrémités des lames métalliques. Photo 7 If the LED does not light up reverse the connection to the terminals. 3.5 Theoretical approach The Volta battery invented in 1800 is composed of an alternating stack of copper and zinc plates. The plates are separated every two plates by a material soaked in a conductive saline solution. The battery is thus composed of elements in a series, each element composed of a copper plate and a zinc plate separated by a saline solution. ENGLISH 11

13 Didactic Volta mini-battery Anode Cathode Diagram 8 On the anode, a zinc oxidation reaction takes place: Zn Zn e - E Zn 2+ /Zn = -0,76 V On the cathode, the reduction reaction is the following (with an acid electrolyte): 2H e H 2 E H + /H 2 = 0,00 V In view of these half redox reaction equations we can observe that: - the zinc anode is consumed during the reaction, - the copper cathode does not intervene directly in the chemical reaction. - hydrogen gas forms in contact with the cathode during the reaction. - the theoretical voltage at the terminals of each element is of the order of 0.76 V. The main characteristics of the Volta battery derive from these facts. Only the zinc is consumed during the reaction, and the voltage issued at the terminals of each element only depends on the nature of the metal used. The Volta battery is a polarizable battery, during the reaction a layer of hydrogen gas forms on the surface of the cathode preventing the passage of the electric current. The latter decreases fast and the hydrogen gas deposit must be eliminated (by cleaning the surface of the cathodes) so that the battery function correctly again. This point was the major disadvantage of this type of battery and led to the invention of non-polarizable batteries such as the Daniell battery in ENGLISH 12

14 Didactic Volta mini-battery 4 Maintenance and storage 4.1 Cleaning of the metal plates The surfaces of the copper and zinc plates are deteriorated during the experiments, therefore they need to be cleaned regularly. To do this rub the metal surfaces with a steel wool pad or a scrubbing sponge. Dry them with a soft cloth. To limit the deterioration of the metal plates, clean them with clean water as soon as the experiment ends and store them after drying them carefully. Also clean the base of the Volta mini-battery after each use rinsing it in clean water and drying it carefully. Never rub the conductive golden surface with an abrasive product (scrubbing sponge or steel wool pad). Rinse it with water and dry it using a soft cloth. 4.2 Consumables The metal plates can be replaced when they wear out. Consumables for Volta mini-battery Ref Table 9 5 After-Sales Service This material is under a two year warranty and should be returned to our stores in the event of any defects. For any repairs, adjustments or spare parts, please contact: JEULIN - TECHNICAL SUPPORT Rue Jacques Monod BP EVREUX CEDEX FRANCE ENGLISH 13

15 Didactic Volta mini-battery NOTES ENGLISH 14

16 Assistance technique en direct Une équipe d experts à votre disposition du Lundi au Vendredi (8h30 à 17h30) Direct connection for technical support A team of experts at your disposal from Monday to Friday (opening hours) Vous recherchez une information technique? Vous souhaitez un conseil d utilisation? Vous avez besoin d un diagnostic urgent? Nous prenons en charge immédiatement votre appel pour vous apporter une réponse adaptée à votre domaine d expérimentation : Sciences de la Vie et de la Terre, Physique, Chimie, Technologie. You re looking for technical information? You wish advice for use? You need an urgent diagnosis? We take in charge your request immediatly to provide you with the right answers regarding your activity field : Biology, Physics, Chemistry, Technology. Service gratuit * : + 33 (0) * Hors coût d appel Free service * : + 33 (0) * Call cost not included Aide en ligne : Rubrique FAQ Rue Jacques-Monod, Z.I. n 1, Netreville, BP 1900, Evreux cedex, France Tél. : + 33 ( 0 ) Fax : + 33 ( 0 ) Internet : - support@jeulin. fr Phone : + 33 ( 0 ) Fax : + 33 ( 0 ) Internet : - export@jeulin.fr SA capital Siren R.C.S. B Siret