Exploiter un transfert d'électrons : le principe d'une pile

Reprenons la transformation chimique spontanée modélisée par la réaction d'oxydo-réduction d'équation : \(\mathrm{Cu^{2+}(aq) +Zn(s) \rightleftarrows Cu (s)+Zn^{2+}(aq) }\). 

Cette réaction implique les couples oxydant-réducteur \(\mathrm{Cu^{2+}/Cu}\) et \(\mathrm{Zn^{2+}/Zn}\).

Les deux demi-équations électroniques associées sont :

• réduction des ions cuivre dissous en cuivre solide \(\mathrm{Cu^{2+}(aq) +2 e^- = Cu (s)}\) ;
  
• oxydation du zinc solide en ions zinc dissous \(\mathrm{Zn (s)=Zn^{2+}(aq) +2 e^-}\).
  

Il se produit un transfert direct d'électrons entre le zinc (le réducteur) qui va donner deux électrons à l'ion cuivre (l'oxydant) pour se transformer respectivement en ion zinc et en cuivre.

Comment modifier cette expérience pour récupérer un courant électrique ?

L'idée est de séparer l'oxydation du zinc de la réduction des ions cuivre et de forcer les électrons à passer par un chemin choisi. Le transfert d'électrons serait ainsi indirect et on récupérerait le courant électrique dans un circuit extérieur. C'est le principe d'une pile électrique.

Exemple

La pile utilisant la transformation chimique spontanée modélisée par la réaction d'oxydoréduction d'équation \(\mathrm{Cu^{2+}(aq) +Zn(s) \rightleftarrows Cu (s)+Zn^{2+}(aq) }\) est appelée pile Daniell. Elle a été inventée par le chimiste britannique John Daniell en 1836 et servira d'exemple pour les différentes notions abordées.