Energie chimique I) Approche historique de la pile 1) La pile Volta, principe général d une pile Alessandro Volta, travaillant sur les travaux de Galvani, découvre en 1799, qu en empilant des disques de cuivre et de zinc séparés par des rondelles de carton humidifiés à l eau salée, on produit de l électricité. RQ : cette première configuration présente néanmoins des inconvénients : des dépôts dus aux produits des réactions s accumulent sur les plaques métalliques, ce qui empêche la pile de fonctionner correctement. Il faut alors sortir les plaques, les nettoyer 2) Les piles d aujourd hui Aujourd hui les piles sont conçues différemment, même si le principe reste le même. L évolution majeure à été apportée par Becquerel qui fabriquât la première pile à deux liquides séparés. On utilise plus de lames de cuivre et de zinc comme à l'époque de Volta, mais on utilise des matériaux comme le carbone recouvert d'une gaine de zinc. Les solutions ioniques ont été remplacées par des gels pâteux qui évitent que la pile ne coule. II) Fabrication d une pile simple 1) Réaction entre le zinc et une solution d ion cuivre II 1
a. Bilan chimique Lorsque l on introduit du zinc dans une solution de sulfate de cuivre II. On constate plusieurs choses : b) Bilan énergétique La chaleur crée lors de la réaction du zinc et des ions cuivre provient de l énergie chimique des réactifs. Lors de la rupture des liaisons des réactifs de l énergie est libérée : une partie est utilisée pour former les produits (dont le cuivre), une autre partie est diffusée dans l environnement : ça chauffe! 2) La pile cuivre/zinc a) Sans séparation Dans cette pile, deux une en zinc et l autre en cuivre trempent dans une solution contenant des ions cuivre II. Ions identifiables grâce à la soude puisqu ils forment un précipité bleu. On mesure une tension d environ 0,82 V, il y a bien fabrication de courant électrique, notre pile fonctionne! Si on laisse la pile fonctionner longtemps, on observe que : Du cuivre se dépose sur la plaque de zinc et tombe au fond du bécher La plaque de zinc a diminuée La solution perd sa couleur bleutée Apparition d ions zinc dans la solution, caractérisés par la soude. On conclut que lors de son fonctionnement, des réactions chimiques ont lieu : Formation de cuivre, Disparition du zinc, Disparition des ions cuivre II, Appartion des ions zinc II. 2
La pile s arrètera de fonctionner lorsqu il n y aura plus de réactifs : consommation totale de la plaque de zinc et/ou des ions cuivre II. b) Avec séparation (Hors programme) Pour éviter le dépôt de cuivre sur la plaque de zinc qui parasite la formation de Zn 2+ et donc le fonctionnmeent de notre pile, on sépare les deux plaques dans deux solutions différentes. Parler du rôle du pont salin : il faut que le circuit soit fermé!! III) La pile, convertisseur et réservoir d énergie 1) Bilan énergétique d une pile Le rôle d une pile est de fournir de l énergie électrique au circuit. Cette énergie électrique, nous l avons vu, provient des réactions chimiques qui ont lieu dans la solution et se répartit suivant le diagramme suivant : 2) La pile, un réservoir d énergie La pile fonctionne tant qu elle contient des réactifs à transformer. Lorsque l un des réactifs est épuisée, elle cesse de fonctionner : elle est usée. Dans le cas de notre pile, soit il n y a plus d ion Cuivre II, soit il n y a plus de zinc : 3
Pour conclure : https://www.youtube.com/watch?v=mito3l82ic0 3) Les différentes piles du commerce Les piles du commerce sont de trois types : - La pile saline (ou pile Leclanché) : c est la plus ancienne et la moins chère mais sa durée de vie est courte. Elle délivre une tension de 1,5 V. On l utilise pour des utilisations peu exigeantes : réveil, jouets - La pile alcaline : de constitution très proche de la pile saline, elle délivre une tension de 1,5V mais peut fournir des courants plus importants pendant plus longtemps. Elle est plus chère. Elle convient à des usages plus exigeants : appareils photo, mp3. - La pile au lithium : Elle est encore plus chère, mais délivre beaucoup plus d énergie que les précédentes. Sa tension peut varier de 1,2V à 3,5V. Elle permet un usage de longue durée. On l utilise dans les calculatrices, montre, stimulateurs cardiaques 4
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