Sciences physiques et chimiques au collčge et lycée

Une demi pile à hydrogène simplifiée

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Publié le 9 février 2008
Mis Ă  jour le 1er avril 2010

Auteur(s)

  • Patrick Pierens

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  • Electrode Ă  hydrogène - fichier doc de 35 ko

L’intĂ©rĂŞt de cette demi pile est de montrer qu’il existe des couples autres que ion mĂ©tallique / mĂ©tal.

Cet article expose le principe, la construction et l’utilisation d’une Ă©lectrode Ă  hydrogène rĂ©alisĂ©e avec des matĂ©riaux et des produits courants dans les laboratoires de chimie des lycĂ©es. Cette Ă©lectrode donne des rĂ©sultats corrects avec une prĂ©cision suffisante pour les mesures effectuĂ©es au lycĂ©e. On prĂ©sente souvent une Ă©lectrode de conception analogue mais en utilisant un fil de platine. L’originalitĂ© est de le remplacer par un fil de cuivre ce qui rend l’électrode moins onĂ©reuse. Cette demi plie a une durĂ©e de vie d’environ une heure ce qui est suffisant pour une sĂ©ance de travaux pratiques.

Principe

Pour disposer d’une demi pile Ă  hydrogène, il faut mettre en prĂ©sence du dihydrogène gazeux (H2(g)) et des ions hydrogène solvatĂ©s (H+(aq)). Le contact Ă©lectrique est assurĂ© par un fil de mĂ©tal inattaquable (souvent du platine). Ici, on utilise du cuivre, moins cher et aussi inattaquable en milieu acide. Les ions hydrogène sont fournis par une solution aqueuse d’acide chlorhydrique. Le dihydrogène gazeux est produit par la rĂ©action entre les ions hydrogène et le zinc volontairement choisi en grenaille de telle sorte que la rĂ©action ne soit pas trop rapide.

Matériel et produits

  • verre Ă  pied de 250 mL ;
  • entonnoir adaptĂ© au diamètre du verre Ă  pied (il faut que l’entonnoir pĂ©nètre de 3 Ă  4 cm dans le verre Ă  pied) ;
  • fil de cuivre de longueur suffisante dĂ©capĂ© Ă  l’acide nitrique et rincĂ© Ă  l’eau distillĂ©e ;
  • douille femelle Ă  visser sur le fil de cuivre ;
  • support avec noix et pince ;
  • joint torique ou tout autre accessoire pour fixer le fil de cuivre sur le tube de l’entonnoir ;
  • solution molaire d’acide chlorhydrique ;
  • grenaille de zinc.

Construction

  • fixer la douille femelle sur le fil de cuivre dĂ©capĂ© ;
  • coulisser le joint torique sur le fil de cuivre ;
  • placer la grenaille de zinc dans le verre Ă  pied ;
  • verser la solution d’acide chlorhydrique dans le verre Ă  pied ;
  • placer l’entonnoir et ajuster la niveau de la solution d’acide pour que celui-ci dĂ©passe le niveau du bas de l’entonnoir (environ 3 Ă  4 cm) ;
  • insĂ©rer le fil de cuivre dans le tube de l’entonnoir en veillant Ă  ce que celui-ci ne touche pas la grenaille de zinc (rĂ©gler la position du joint torique) ;
  • fixer l’entonnoir Ă  l’aide de la pince sur le support ;
  • attendre quelques minutes (environ 5 minutes) pour que la demi pile soit prĂŞte Ă  ĂŞtre utilisĂ©e.

Fonctionnement

Le dihydrogène est plus lĂ©ger que l’air. Il a tendance Ă  monter, chasser l’air et Ă  remplir l’entonnoir Ă  la pression atmosphĂ©rique. Il coexiste alors les deux constituants du couple oxydant rĂ©ducteur oĂą intervient le dihydrogène. Le cuivre ne sert qu’Ă  assurer le contact Ă©lectrique. On peut associer cette demi pile Ă  toute autre demi pile et mesurer la force Ă©lectromotrice. Le pont conducteur est un pont d’agar agar au nitrate de potassium (d’oĂą l’intĂ©rĂŞt de laisser dĂ©passer la solution d’acide du niveau infĂ©rieur de l’entonnoir pour placer le pont conducteur). Il peut ĂŞtre remplacer par un papier filtre imbibĂ© d’eau du robinet si on n’utilise pas une demi pile faisant intervenir une solution de nitrate d’argent.

Elisabeth et Patrick Pierens Lycée Pierre de la Ramée Saint Quentin

Portfolio

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