La pile au citron

On peut construire une pile électrique très simple, à l’aide d’un citron et de deux plaques métalliques de nature différentes. En associant plusieurs éléments, on peut atteindre des différences de potentiel de plusieurs volts.


Fiche d’accompagnement de l’expérience:
 

Matériel
  • un citron, une pomme, un pamplemousse ou une pomme de terre ;

  • une plaque de zinc et une plaque de cuivre (surface approximative : 3 cm2) ou bien du fil métallique épais (zinc et cuivre) ;

  • un voltmètre (calibre : 1 V).

Montage et réalisation

Rouler un citron sur une table en appuyant bien puis le couper en deux.
Enfoncer dans l’un des demi-citrons une plaque de cuivre et une plaque de zinc . Un voltmètre placé entre ces deux plaques métalliques mesure une tension électrique d’environ 0,9 V. Pour produire une tension plus élevée il faut placer en série plusieurs piles au citron en reliant par un fil conducteur le pôle cuivre d’une pile au pôle zinc de la suivante. On obtient ainsi une tension globale qui est la somme des tensions aux bornes de chacune des piles.

Explications

Lorsqu’on appuie sur le citron en le roulant sur la table, on crée dans la chair du fruit de petites déchirures qui facilitent le déplacement des ions dans l’électrolyte (le jus du fruit).
Détaillons les réactions qui se produisent :
Comme la plupart des aliments, le citron contient des ions divers (à des concentrations très faibles). Le zinc métallique (Zn) se comporte comme un réducteur (il cède des électrons) et les ions Am+ (où m est la charge électrique de l’ion) se comportent comme des oxydants (c’est-à-dire des capteurs d’électrons). On observe aux électrodes les réactions suivantes (où n est le nombre d’ions Am+ qui réagissent) :
3 Zn→ 3 Zn2+ + 6 e
6 e- + n Am+ → n A (où n et m sont des nombres entiers)
————————————
3 Zn + n Am+ → 3 Zn2+ + n A

Les ions Zn2+ formés passent dans le citron et les ions Am+ fournis par le jus de citron se déposent sur la plaque de cuivre. Cette réaction s’arrête lorsqu’il n’y a plus assez d’ions dans la solution. Au voisinage de la plaque de zinc, il apparaît un champ électrique entre le zinc chargé négativement et les ions positifs qui lui font face
Plus les ions zinc (II) sont nombreux dans la solution, plus le champ électrique qui règne entre la plaque de zinc et les ions zinc (II) est intense. Lorsque la valeur du champ électrique dépasse une certaine valeur, les ions zinc (II) se peuvent plus se former.
Des ions positifs Am+ s’accumulent autour de la plaque de cuivre. Ils captent les électrons cédés par le cuivre.
Lorsqu’on établit un contact entre les deux pôles constitués par les plaques métalliques en les reliant par l’intermédiaire d’un fil conducteur ou en branchant un appareil électrique entre les plaques, on permet aux électrons de passer de la plaque de zinc à la plaque de cuivre.
Dans cette expérience on mesure la différence de potentiel électrique entre la plaque de cuivre et la plaque de zinc.

Remarques

On caractérise habituellement une demi-pile (ou cellule galvanique) par son potentiel d’oxydoréduction. Cette grandeur permet d’accéder à l’énergie potentielle des électrons dans un matériau.
(Zn2+ / Zn) : -0,76 V

(H2O / H2) : 0,00 V

(Cu2+ / Cu) : 0,34 V

Le potentiel d’oxydoréduction permet d’établir une échelle des pouvoirs réducteurs des métaux. Les métaux nobles sont ceux qui ont un potentiel d’oxydoréduction positif. La tension à vide aux bornes d’une pile constituée par une demi-pile au zinc et une demi-pile au cuivre est de 1,1 V.
Les physiciens italiens Luigi Galvani (1737-1798) et Alessandro Volta (1745-1827) ont été les premiers à réaliser des expériences sur la transformation d’énergie chimique en énergie électrique. La première pile électrique a été construite par Volta en 1794 : elle était constituée d’électrodes de zinc et de cuivre plongeant dans une solution diluée d’acide sulfurique.

 

Références

Université en ligne : oxydoréduction

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4 réflexions au sujet de « La pile au citron »

  1. Boxhead

    C’est superbe! Vous etes ma source d’inspiration a vie! Je ne vous remercierai jamais assez pour cette illumination, je vous suis redevable a vie!
    ¨PASSION POUR PHYSIQUE!!!!!
    Une admiratrice inconditionnee,
    Marie-Bernadette Boxhead.

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  2. jacquier-roux

    les vidéos sont toujours de qualité et avec une rigueur exemplaire Bravo !

    2 remarques : on peut réaliser la même expérience avec un Haut-parleur, nettement plus « parlant » !!!

    PS : le lien en bas de page ne fonctionne pas

    Répondre

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