LA NATURE DU COURANT ÉLECTRIQUE DANS LES ÉLECTROLYTES
I. Les électrolytes
A. Expérience
On met successivement dans un électrolyseur :
- de l’eau distillée ;
- de l’eau salée ;
- de l’eau sucrée ;
- une solution aqueuse de sulfate de zinc
On observe le comportement de la lampe témoin dans chaque cas
B. Observations
| Solutions | Eau distillée | Eau salée | Eau sucrée | Sulfate de zinc |
| Comportement de la lampe | Pas allumée | Allumée | Pas allumée | Allumée |
On constate que :
- Lorsqu'on plonge 2 électrodes dans de l'eau distillée ou l'eau sucrée, on constate que la lampe ne s'allume pas : l'eau distillée ou sucrée ne conduit pas le courant électrique.
- Avec l’eau salée ou la solution aqueuse de sulfate de zinc, on constate que la lampe s'allume et aussi des réactions se produisent aux électrodes : l'eau salée ou la solution aqueuse de sulfate de zinc conduit le courant électrique. On dit qu’elles sont des électrolytes.
C. Interprétation
Ce qui rend l'électrolyte conducteur du courant électrique est la présence des ions.
Tous les électrolytes contiennent donc $\textbf{des anions}$ (ions négatifs) et $\textbf{des cations}$ (ions positifs) qui sont en quantités égales : $\textbf{on dit que les électrolytes sont électriquement neutres.}$
- L’eau distillée et l’eau sucrée contiennent uniquement de molécules : elles ne conduisent pas le courant électrique.
- L’eau salée et la solution aqueuse de sulfate de zinc contiennent des ions : elles conduisent le courant électrique.
C’est la présence donc des ions (particules chargées) dans une solution qui rend celle-ci conductrice.
Les électrolytes contiennent des ions positifs et des ions négatifs. La charge des ions positifs compense celle des ions négatifs, on dit les électrolytes sont $\textbf{électriquement neutres.}$
D. Définition
$\textbf{Electrolyte :}$ On appelle $\textbf{électrolyte}$ toute solution conductrice du courant électrique.
$\textbf{Un Ion :}$ atomes ou groupes d'atomes ayant perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. On distingue deux (02) types d’ion : les anions et les cations
- $\textbf{Cation :}$ atome ou groupe d'atomes ayant perdus un ou plusieurs électrons.
Exemple : $Cu^{2+}$, $Fe^{2+}$, $Zn^{2+}$, $H^{+}$,
-
$\textbf{Anion :}$ atome ou groupe d'atomes ayant gagné un ou plusieurs électrons.
Exemple : $Cl^{-}$, $NO^{-}_{3}$, $SO^{2-}_{4}$, $CO^{2-}_{3}$
$\textbf{Méthode pratique : Comment écrire l’électroneutralité d’une solution ?}$
Une solution contenant les ions suivants : $ A^{a+}$ et $B^{b-}$ la solution est électriquement neutre si : $b.A^{a+} + a.B^{b-}$
Exemple : $2.Al^{3+}$ + $3.SO^{2-}_{4}$
II. Nature du courant électrique dans les électrolytes
A. Les anions et les cations
$\textbf{Expérience}$
Le tube en « $\textbf{U}$ » contient un mélange une solution de dichromate de potassium ($K_{2}Cr_{2}O_{7}$) de couleur orange et de sulfate de cuivre ($CuS0_{4}$) de couleur bleue, surmonté d'une solution incolore d'acide sulfurique ($H_{2}S0_{4}$). A la fermeture du circuit, on observe l'apparition d'une couleur orange à l'anode et une couleur bleue à la cathode.
$\textbf{Interprétation}$
Les ions cuivre ($Cu^{2+}$) chargés positivement se dirigent vers la cathode et les ions dichromates ($Cr_{2}O^{2-}_{7}$) se dirigent vers l'anode.
$\textbf{Conclusion}$
Lors de l'électrolyse, les cations se dirigent vers la cathode dans le $\textbf{sens conventionnel}$ du courant et les anions se dirigent vers l'anode dans le sens contraire du sens conventionnel du courant.
B. Migration des ions
$\textbf{Sous l’action du générateur les ions de l’électrolyte prennent un mouvement d’ensemble appelé}$ $\textbf{migration.}$
Les ions positifs ou cations (ion cuivre en bleu) migrent vers la cathode.
Les ions négatifs ou anions (ion permanganate vert) migrent vers l’anode.
C. Nature du courant électrique
Le courant électrique dans un électrolyte est dû à la double migration en sens inverse des anions et des cations. A l'extérieur de l'électrolyte, le courant est assuré par la circulation des $e^{-}$.
D. Intérêt de l'électrolyse
L'électrolyse sert à purifier les métaux ou à déposer de fines pellicules d'un métal sur un autre.
III. EXERCICES D’APPLICATION
$\textbf{Questions de cours :}$
- Définir : électrolyte ; électrolyse ; anion ; cation
- Quelle est la nature du courant électrique dans un électrolyte ? dans un fil conducteur ?
- les atomes des différents métaux peuvent donner des cations. Écrire la réaction de transformation de l’atome en ion sachant que :
- l’atome d’argent perd un électron
- l’atome de zinc perd deux électrons
- l’atome d’aluminium perd trois électrons
- Donner la formule des ions suivants : ion ferrique, ion zinc, ion nitrate, ion ferreux
- Ecrire l’électroneutralité des solutions suivantes :
$\textbf{Sulfate d’argent :}$ $Ag^{+} + SO^{2-}_{4}$
$\textbf{Nitrate de cuivre :}$ $Cu^{2+} + NO^{-}_{3}$
$\textbf{Chlorure de zinc :}$ $Zn^{2+} + Cl^{-}$
$\textbf{Sulfate d’aluminium :}$ $Al^{3+} + SO^{2-}_{4}$
$\textbf{Exercice}$
Une solution de sulfate d’aluminium ($2Al^{3+} + 3SO^{2-}_{4}$) contient $25.10^{15}$ ions aluminium.
- Sachant que la solution est électriquement neutre calculer le nombre d’ions sulfate dans la solution.
- Combien contient-elle de charges élémentaires positives, négatives ?