Modélisation d'une pile qui débite

Le fonctionnement d’une pile est modélisé par une réaction d’oxydo-réduction. À l'état initial, le quotient de réaction est inférieur à la valeur de la constante d’équilibre à la température de fonctionnement de la pile : c'est cette condition qui est à la base du principe de fonctionnement d'une pile.

Une pile est donc un système chimique hors équilibre qui va évoluer spontanément dans le sens direct de l’équation de la réaction modélisant le fonctionnement de la pile. La séparation par une jonction électrolytique en deux compartiments permet un transfert indirect d’électrons dans le circuit électrique extérieur.

Tant que la pile fonctionne, c'est qu'elle n'a pas atteint son état d'équilibre chimique. Quand elle est utilisée, c'est-à-dire quant elle est branchée à un circuit extérieur, elle débite du courant jusqu’à ce qu’elle soit usée : le quotient de réaction augmente jusqu’à devenir égal à la constante d’équilibre `K(T)`. Les transformations mises en jeu sont en général totales : la pile s'arrête de fonctionner une fois que son réactif limitant est totalement consommé.

Exemple de la pile Daniell

L’équation de la réaction est : \(\mathrm{Cu^{2+}(aq) +Zn(s) \rightleftarrows Cu (s)+Zn^{2+}(aq) }\).  

Ici, la pile continuera de fonctionner jusqu'à épuisement soit de l'électrode de zinc, soit des ions cuivre (II), selon la manière dont a été construite la pile.