Physique-Chimie 1re Spécialité

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1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Composition chimique d'un système
Ch. 2
Composition chimique des solutions
Ch. 3
Évolution d'un système chimique
Ch. 5
Détermination d'une quantité de matière par titrage
Livret Bac : Thème 1
Ch. 6
De la structure à la polarité d'une entité
Ch. 7
Interpréter les propriétés d’une espèce chimique
Ch. 8
Structure des entités organiques
Ch. 9
Synthèse d'espèces chimiques organiques
Ch. 10
Conversions d'énergie au cours d'une combustion
Livret Bac : Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Modélisation d'interactions fondamentales
Ch. 12
Description d'un fluide au repos
Ch. 13
Mouvement d'un système
Livret Bac : Thème 2
3. L'énergie, conversions et transferts
Ch. 14
Études énergétiques en électricité
Ch. 15
Études énergétiques en mécanique
Livret Bac : Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 16
Ondes mécaniques
Ch. 17
Images et couleurs
Ch. 18
Modèles ondulatoire et particulaire de la lumière
Livret Bac : Thème 4
Méthode
Fiches méthode
Fiche méthode compétences
Annexes
Travailler autrement
Histoire des sciences

Une brève histoire des piles

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A
Élaboration des premières piles

Toute pile est constituée de trois éléments : deux métaux différents et un électrolyte (solution ionique). Le couple de métaux utilisés, ainsi que la nature et la forme de l'électrolyte permettent d'obtenir toutes sortes de piles aux capacités diverses.

Alessandro Volta (1745-1827) met au point la première pile, constituée d'un empilement de zinc, de cuivre et de carton imbibé d'eau salée. Mais la pile Volta présente deux inconvénients : d'une part, elle produit du dihydrogène, dont l'accumulation fait chuter la tension de la pile et d'autre part, la pile n'est pas étanche car le liquide imbibé dans le carton a tendance à couler.

Volta
Placeholder pour Pile VoltaPile Volta
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\mathrm{Zn} \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}+2\,\mathrm{e}^{-}
2\,\mathrm{H}^{+}+2\,\mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{H}_{2}
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B
Améliorations de Daniell et Leclanché

Le développement du télégraphe nécessitant des sources de courant constantes, John Daniell (1790-1845) améliore la pile de Volta. Sa pile est constituée d'une électrode en cuivre plongeant dans une solution contenant des ions \text{Cu}^{2+} et d'une électrode en zinc plongeant dans une solution contenant des ions \text{Zn}^{2+}. Les deux solutions sont séparées par une paroi poreuse, permettant le déplacement des ions. Du dihydrogène parasite se forme, mais cette pile nécessite cependant moins d'entretien que la pile Volta et délivre une tension plus élevée, qui chute moins rapidement.

Daniell
Placeholder pour Pile DaniellPile Daniell
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\mathrm{Zn} \longrightarrow \mathrm{Zn}^{2+}+2\,\mathrm{e}^{-}
\mathrm{Cu}^{2+}+2\,\mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Cu}

Georges Leclanché (1839-1882) présente à l'Exposition universelle de 1868 une pile zinc-manganèse, rapidement améliorée pour donner la pile saline dont la conception domine le marché durant plus d'un siècle. Elle se présente comme une pile moderne : un cylindre renfermant les réactifs (zinc, dioxyde de manganèse, électrolyte). On observe encore la formation parasite de dihydrogène gazeux, dont l'accumulation risque de faire exploser le cylindre en plus de gêner les réactions. Toute l'astuce de Leclanché réside dans l'emploi du dioxyde de manganèse, qui oxyde \text{H}_{2} en \text{H}^{+} et évite ainsi ces inconvénients. Leclanché parvient de plus à gélifier l'électrolyte, ce qui rend sa pile considérablement plus pratique que les piles type Daniell contenant un électrolyte liquide.

Leclanché
Placeholder pour Pile LeclanchéPile Leclanché
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C
Vers les piles alcalines modernes

Pour les besoins des services de communication de l'armée américaine, Samuel Ruben (1900-1988) met au point en 1942 une pile au mercure dont la durée de vie est six fois plus élevée que les piles Leclanché. Après la guerre, il s'associe avec l'industriel Philip Mallory (1885-1975) pour former ce qui deviendra Duracell, une entreprise commercialisant des piles alcalines, dérivées de la pile au mercure. Le mercure étant trop onéreux, Ruben reprend le coupe zinc/manganèse de Leclanché, en utilisant un électrolyte basique, ou alcalin, qui donne son nom à la pile.

Pile alcaline
Placeholder pour Piles commercialesPiles commerciales
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