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Nov 16 2007

Labo : La vérité sur la pile citron ;-)

Published by under expériences,oxydo-réduction

(26/10/2008) Une petite mise à jour : Un coffret « Drôles de piles »

La pile citron  est un grand classique de l’activité scientifique. Quel bonheur 😉 de constater qu’un citron est capable de remplacer une pile bouton et d’alimenter en énergie une carte musicale.

pile-citron.jpg

Disons tout de suite que le citron c’est bien mais une orange, une pomme de terre ou tout simplement une solution saline peuvent jouer le même rôle avec plus ou moins d’efficacité.

Les sciences appliquées du CESU ont testé pour vous la pile citron et la pile patate et ont tenté de distinguer le rôle des constituants.

Il s’agit (bien évidemment) d’une réaction d’oxydo-réduction entre les couples Zn/Zn++ (une des électrodes) et H2/H+ (solution acide du citron). Dans cet échange d’électrons, le zinc (Zn°) va réduire en H2 (on peut éventuellement observer une effervescence) les ions H+ présents dans le citron. L’ajout de l’électrode en cuivre est de « détourner » le transfert des électrons dans un circuit externe capable d’alimenter (faiblement) un dispositif non gourmand en énergie (une puce extraite d’une carte musicale, un réveil à affichage digital, une calculette, …). Donc, au niveau de l’électrode en cuivre les H+ viennent « chercher » les électrons et subissent la réduction.

Cette hypothèse étant formulée nous avons tenté de la vérifier, de la compléter en modifiant certains paramètres ou en cherchant des informations sur le net.

  1. S’agit-il d’une pile style Daniell (Cu/Zn) dans laquelle l’électrolyte serait remplacé par le jus du citron ? Ou non ? La réponse est difficile à donner et le doute existe comme on peut le lire ici. A notre avis il ne s’agit pas d’une pile Cu/Zn. En effet, les potentiels  E° (tableau des potentiels de réduction) pour les deux couples
    • Zn/Zn++  E°=-0763V
    • Cu/Cu++  E°=0,345V

    devraient nous donner une tension de 0,345 -(-0,763)=1,1V et nous avons obtenu moins de 1V (0,95V). En réalité la réaction d’oxydo-réduction est celle mettant en jeu le Zn et les ions H+, le cuivre ne jouant qu’un rôle « secondaire » d’électrode auxilliaire.

  2. Pour étayer cette affirmation, on pourrait vérifier que le remplacement de l’électrode de cuivre par une électrode « inerte » (platine ou carbone) ne modifie pas/peu la tension. C’est ce qui semble être le cas si on en croit cet article extrait de Journal of Chemical Education,  Vol. 75, No. 2, 1998.
  3. Par contre, le rôle réducteur du zinc peut être prouvé en remplaçant le zinc par du magnésium Mg/Mg++ E°=-2,372V) plus réducteur. La tension observée est sensiblement plus importante (de l’ordre de 1,5V). Nos mesures le montrent (voir tableau ci-dessous).
  4.  Et le citron ? Nos mesures montrent que si on remplace le citron par une pomme de terre la tension mesurée est très/très légèrement inférieure. La différence est-elle négligeable ou peut-elle être attribuée à la plus grande acidité du citron ? L’article du Journal of Chemical Education aborde ce sujet en remplaçant le citron par une solution d’acide citrique de concentration comparable (5-8% d’acide citrique). Les membranes du citron sont alors responsables d’une résistance élevée et donc d’un courant plus faible.
  5. Quel dispositif peut-on alimenter ? Le courant obtenu est extrêmement faible et alimenter une ampoule relève du rêve.
  6. Et avec un dispositif « série » ? Si on place en série plusieurs piles citron ou pomme de terre, on constate que, en accord, avec la théorie les tensions s’additionnent avec effet sur l’intensité du courant.

pile Zn et Cu

pile Mg et Cu

pile citron

pile pomme de terre

pile pomme de terre

1 citron 0,99 V 1 pomme de terre 0,97 V 1 pomme de terre 1,43 V
2 citrons 1,95 V 2 pommes de terre 1,95 V 2 pommes de terre 2,92 V
3 citrons 2,86 V 3 pommes de terre 2,81 V 3 pommes de terre 4,39 V
4 citrons 3,80 V 4 pommes de terre 3,76 V 4 pommes de terre 5,70 V

mesures effectuées 11/07 par la 6SA du CESU

et la video …


Les références (liens) de cet article étaient accessibles en novembre 2007. Si vous constatez un lien mort, pourriez-vous me le signaler dans les commentaires. merci.

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