Pile Daniell
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{{Voir homonymes|Daniell}}
La '''pile Daniell''' a été inventée par le [[chimiste]] britannique [[John Frederic Daniell|John Daniell]] en 1836 au moment où le développement du [[télégraphe]] faisait apparaître un besoin urgent de sources de courant sûres et constantes.
La [[pile électrique|pile électrique]] Daniell est constituée d'une [[anode]] (lame de zinc plongée dans une solution contenant du sulfate de [[zinc]]) et d'une [[cathode]] (lame de cuivre plongée dans une solution contenant du [[sulfate de cuivre]]). Les deux solutions sont reliées par un [[pont salin]] (solution de [[chlorure de potassium]] (<math>KCl</math>)) qui sert à équilibrer les charges.
[[Image:Élément Daniell.jpg|thumb|right|Illustration d'un élément Daniell inventé en 1836]]
== Étude des deux demi-piles ==
[[Image:Electrochemical element with salt bridge.png|thumb|right|Schéma de principe d'un élément Daniell]]
=== Demi-pile du zinc ===
Le couple <math>Zn^{2+}/Zn</math> est impliqué dans la demi-équation d'oxydo-réduction :
:<math>
Zn \rightleftharpoons Zn^{2+} + 2 e^-
</math>
L'[[équation de Nernst]] qui lui est associée est :
:<math>
E_{Zn} = E^\circ (Zn^{2+}/Zn) + \frac{R.T}{2.F}\ln{a(Zn^{2+})}
\approx E^\circ (Zn^{2+}/Zn) + \frac{0,059}{2}\log{\left( \frac{\left[Zn^{2+}\right]}{C^\circ} \right)}
</math>
où le potentiel standard vaut :
:<math>
E^\circ (Zn^{2+}/Zn)=-0,76V
</math>.
Aussi, le potentiel de l'électrode de zinc est donc :
:<math>E_{Zn} \approx -0,76V</math><ref>''L'oxydoréduction, concepts et expériences'', Jean Sarrazin Michel Verdaguer, Ellipses, page 309</ref>.
=== Demi-pile du cuivre ===
Le couple <math>Cu^{2+}/Cu</math> est impliqué dans la demi-équation d'oxydo-réduction :
:<math>Cu^{2+} + 2 e^- \rightleftharpoons Cu</math>
L'[[équation de Nernst]] qui lui associée est :
:<math>
E_{Cu} = E^\circ (Cu^{2+}/Cu) + \frac{R.T}{2.F}\ln{a(Cu^{2+})}
\approx E^\circ (Cu^{2+}/Cu) + \frac{0,059}{2}\log{\left( \frac{\left[Cu^{2+}\right]}{C^\circ} \right)}
</math>
où le potentiel standard vaut :
:<math>
E^\circ (Cu^{2+}/Cu)=+0,34V
</math>.
Aussi, le potentiel de l'électrode de cuivre est donc :
:<math>E_{Cu} \approx +0,34V</math><ref>''L'oxydoréduction, concepts et expériences'', Jean Sarrazin Michel Verdaguer, Ellipses, page 307</ref>.
=== Prévision de l'évolution chimique ===
La « [[règle du gamma]] » impose une [[équation bilan]] de la réaction :
:<math>Zn + Cu^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Cu</math>
La constante K de cette réaction est de l'ordre de 10³⁷, c'est-à-dire que tant que le [[quotient de réaction|quotient de cette réaction]] est inférieur à K, la réaction évolue dans le sens direct, c’est-à-dire dans le sens de la consommation des réactifs.
Ainsi, il y a :
* [[oxydation]] du zinc (l'électrode de zinc est une [[anode]]) ;
* et [[Réaction d'oxydo-réduction|réduction]] des ions cuivre II (l'électrode de cuivre est une [[cathode]]).
== Fonctionnement électrochimique ==
[[Image:PileDaniellIntensite.png|thumb|right|Manipulation autour d'un montage avec un pont salin]]
=== À l'anode ===
La réaction d'[[oxydation]] d'un atome de [[zinc]] de l'anode entraîne la libération de deux [[électron]]s dans le circuit :
:<math>
Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2 e^-
</math>
Le potentiel de l'électrode de zinc est le plus bas, c'est le pôle – de la [[Pile électrique|pile]] :
:<math>E_{-}=E_{Zn} \approx -0,76V</math>.
=== Dans les fils électriques ===
Les électrons libérés se dirigent alors vers l'autre électrode de la pile (le pôle +) en créant un courant dans le circuit.
Ce courant est conventionnellement positif du pôle + vers le pôle – , alors que les électrons se dirigent du pôle – vers le pôle + (car les électrons sont chargés négativement).
La [[tension]] aux bornes de la pile (c’est-à-dire la différence de potentiel entre ses électrodes)
est <math>u=E_{+} - E_{-} \approx 1,10V</math>.
=== À la cathode ===
Arrivés à la cathode, les électrons sont impliqués dans la [[Réaction d'oxydo-réduction|réduction]] des [[ion]]s [[cuivre]] II présents dans la solution :
:<math>Cu^{2+} + 2 e^- \rightarrow Cu</math>
Ce qui entraîne la croissance de la lame de cuivre.
Le potentiel de l'électrode de cuivre est le plus haut, c'est le pôle + de la [[pile]] :
:<math>E_{+}=E_{Cu} \approx +0,34V</math>.
=== Dans le pont électrolytique ===
Dans le [[pont électrolytique]] (ou pont salin),
* deux ions [[chlorure]] (<math>Cl^-</math>) dérivent vers la solution de sulfate de [[zinc]] ;
* alors que deux ions [[potassium]] (<math>K^+</math>) traversent le pont salin pour rééquilibrer la [[ Solution aqueuse | solution ]] de [[cuivre]].
Le [[pont électrolytique]] sert ainsi à fermer le circuit électrique, tout en assurant aux deux demi-[[Pile électrique|piles]] des [[Potentiel d'oxydo-réduction|potentiel]]s différents.
==Notes et références==
<references/>
==Voir aussi==
===Articles connexes===
* [[Pile électrique]]
* [[Pile au mercure]]
* [[Pile au lithium]]
* [[Pile thermique]]
* [[Pile Callaud]]
=== Liens externes ===
* [http://fr.video.yahoo.com/video/play?vid=637740 Une vidéo explicative sur la pile Daniell]
* [http://volta.viviani.org/ L'invention de la pile électrique, fruit de la controverse scientifique entre Alessandro Volta et Luigi Galvani]
* [http://qualitionnaire.net/index.php?title=Pile Qualitionnaire - Définitions légales et normatives - Pile]
* [http://www.uel-pcsm.education.fr/consultation/reference/chimie/solutaque/apprendre/chapitre5bis/partie2/titre9.htm Animation sur le fonctionnement de la pile Daniell]
{{Portail|chimie|électricité et électronique}}
[[Catégorie:Pile]]
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