Nov 16 2007

Labo : La vérité sur la pile citron ;-)

Publié par le 7:42 dans 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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11 nombreuses réponses

11 Responses to “Labo : La vérité sur la pile citron ;-)”

  1. Bertrandon 02 Mai 2008 at 8:16

    Si l’hypothèse d’une une pile électrochimique zinc-hydrogène est correcte, la f.e.m. de la pile-citron devrais être de 0,763 V puisque le potentiel de réduction du couple H2/H+ est de 0 V. Comment expliquez-vous la mesure du voltage proche de 1 V ?

  2. adminon 03 Mai 2008 at 4:11

    le pH ?

    le potentiel du couple H2/H+ dépend du pH et vaut 0 V si [H+]=1 mol/L

  3. Theoon 07 Mai 2008 at 9:51

    Sur la liste de discussion physchim http://listes.education.fr/wws, un correspondant a posté l’avis repris ci-dessous.
    Il est vrai que la pile citron n’est certainement pas une pile « simple » et son explication déborde le cadre de l’enseignement secondaire.
    Il n’empeche qu’elle peut susciter surprise (les élèves apprécient cette « manipulation »), questions et tentatives/ébauches de réponses. Et là est son intérêt pédagogique …


    En ce qui concerne l’interprétation qui y est fournie (et rappelée
    ci-dessous), pour le fonctionnement de la pile au citron (dite pile
    Volta), elle ne peut pas être considérée car les E° ne permettent de
    faire des prédictions que :
    – pour les systèmes à l’équilibre (ce n’est pas le cas puisque la pile
    au citron débite, et c’est son intérêt, et un abondant dégagement de H2
    apparait sur Zn),
    – en l’absence de surtension aux électrodes (ce n’est pas le cas pour le
    couple H+/H2 sur Zn),
    – et dans l’état standard (ce n’est pas le cas car les concentrations
    des espèces actives ne sont pas de 1 mol/L).
    Aucune de ces conditions ne sont réalisées dans la pile au citron.
    Seuls les raisonnements qui considèrent E en fonction du courant
    (circulant dans les électrodes), des surtensions aux électrodes et des
    concentrations des ions doivent être considérées. En dehors de cela, une
    interprétation de fonctionnement de pile n’a aucune valeur.

    Alors se pose la question de la validité de l’enseignement dispensé en
    Terminale S. Il se trouve que le monde est bien fait, puisque seule la
    pile Daniell (ou ses variantes) est étudiée quantitativement à ce
    niveau. Or, on considère toujours :
    – des concentrations en Cu2+ et en Zn2+ identiques, ce qui élimine
    l’influence de la concentration des ions,
    – un pont ionique très résistant (plusieurs kOhm) donc une intensité
    proche de 0,00 A, ce qui fait que E réel est proche de E équilibre,
    – et dans les conditions usuelles de la pile Daniell, la surtension sur
    ces électrodes est faible (ce qui n’est pas du tout le cas de H2 sur Zn).
    Donc, l’enseignant de terminale qui utilise les E° (bien que ce ne soit
    plus au programme) prédit correctement, mais il a de la « chance » si je
    puis dire. Hélas, dans le cas de la pile au citron, la chance n’est pas
    au rendez-vous. »

  4. Bertrandon 12 Mai 2008 at 4:53

    Effectivement Theo, la pile au citron n’est pas dans un état standard. la concentration des ions Zn2+ est très inférieure à 1 M.
    Si la concentration en Zn2+ est 10E-6 M, le potentiel est :
    E = – 0.76 + 0.03 log 10E-6 = – 0.76 – 0.18 = 0.94 V. Ce qui est proche de la valeur mesurée.

  5. annie T.on 13 Mai 2008 at 4:22

    Le commentaire indiqué dans la note de Théo est tout à fait vrai : lorsqu’une électrode est traversée par un courant son potentiel n’est pas forcement celui qu’elle à à l’équilibre.( qui n’est pas non plus le potentiel standard) . Donc on ne torture pas pour l’interprétation de la fem observée dans cette pile qui reste très interessante tout de même…

  6. chloeon 29 Mai 2008 at 5:23

    💡 ok

  7. Pascal Zossoon 01 Oct 2008 at 11:10

    Bonjour

    Je m’appelle Pascal Zosso et je suis intéressé par votre expérience. Avec plusieurs étudiant, je fais un rapport sur une expérience similaire. Si vous avez d’autres informations pouvez-vous me les envoyer par e-mail.

    Merci.

  8. […] Un classique de labo … peu gourmand en matériel, amusant (oui, il faut veiller à cet aspect des choses) est la réalisation de la pile citron (ou de toute autre pile “maison”) dont j’ai déjà parlé dans un précédent billet.. […]

  9. une élève de troisièmeon 27 Déc 2008 at 3:34

    peut on mettre une orange a la place du citron?
    merki

  10. Noémie 3°Bon 22 Oct 2009 at 2:17

    Bonjour’

    Nous fabriquont une pile citrons pour notre cour de Physyque-Chimie. Que me proposés vous comme utulisations de cette pile electrochimique.

    Merci d’avance 😀

  11. coralie harelon 14 Mar 2013 at 11:00

    bonjour, en sciences et labo nous travaillons sur le lien entre une pile et un citron , ou lelectrolyte et le citron , on ne trouve pas ce lien , quelqun de vraiment gentil pourrait m’aider ?

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