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Physique-Chimie

Chimie

Transformations chimiques forcées

Dans cette vidéo, l'auteur explique le processus d'un dépôt d'argent sur une statuette métallique à l'aide d'un électrolyseur. Les réactions se produisant à chaque électrode sont les suivantes:

- À l'électrode en argent: Ag+ + e- -> Ag (oxydation de l'ion argent en argent solide)
- À l'électrode en graphique: 2H2O -> O2 + 4H+ + 4e- (oxydation de l'eau en dioxygène)

L'équation de la réaction d'électrolyse est obtenue en combinant linéairement les demi-équations. Dans ce cas, elle est donnée par: 
4Ag+ + 2H2O -> 4Ag + O2 + 4H+

Ensuite, l'auteur aborde la quantité d'électricité Q qui a traversé l'électrolyseur pendant une durée de 15 minutes, avec une intensité du courant constante à 80 mA. Il explique qu'il y a deux façons d'exprimer la charge débitée par une pile: la vision chimique, où la charge est égale au nombre de molles d'électrons échangés multiplié par le faraday (F), et la vision électrique, où la charge est égale à l'intensité du courant multipliée par la durée d'électrolyse. Dans ce cas, la charge est de 72 coulombs.

Ensuite, l'auteur répond à la question sur la quantité de matière d'argent déposée sur la statuette. Il explique qu'il faut relier le nombre de molles d'électrons échangés au nombre de molles d'argent. Il utilise la relation Q = nE * F, où nE est le nombre de molles d'électrons échangés, E est la charge d'une molle d'électrons et F est le nombre d'Avogadro. Il conclut que le nombre de molles d'argent déposé est de 7,5 x 10^-4 molles, ce qui correspond à une masse de 80 mg en multipliant par la masse molaire.

Enfin, l'auteur aborde la question du volume de gaz formé, en particulier le dioxygène. Il explique que le nombre de molles d'électrons échangés peut être lié au nombre de molles de dioxygène formé. Il utilise la relation nO2 = nE / 4, où nO2 est le nombre de molles de dioxygène formé. En considérant le dioxygène comme un gaz parfait, il peut relier le nombre de molles d'O2 au volume du gaz en utilisant la relation V = nO2 * R * T / P, où V est le volume, R est la constante des gaz parfaits, T est la température et P est la pression. Il conclut que le volume de dioxygène formé est de 4,6 mL pour une pression de 1 bar et une température de 298 K.

En résumé, cette vidéo explique le processus d'un dépôt d'argent sur une statuette métallique à travers l'utilisation d'un électrolyseur. Elle aborde les réactions électrochimiques qui se produisent à chaque électrode, la quantité d'électricité traversant l'électrolyseur, la quantité de matière d'argent déposée et le volume de gaz formé.

Bonjour à tous, c'est Matisse de Studio et dans cette vidéo, on va réaliser cette fois un dépôt d'argent. Alors pour réaliser ce dépôt d'argent sur une statuette métallique, on peut l'utiliser comme électrode dans un électrolyseur dont la cuve contient une solution de nitrate d'argent. Alors l'autre électrode est en graphique et on observe aux électrodes l'oxydation de l'eau en dioxygène et un dépôt d'argent métallique qui est le produit souhaité. Alors première question, écrire les demi-équations des réactions se produisant à chaque électrode et puis en déduire l'équation de la réaction d'électrolyse. Alors dans le premier, on forme effectivement de l'argent, donc on part de l'ion argent Ag+, et puis on forme de l'argent solide, donc bien sûr pour équilibrer, on rajoute un électron à gauche. Très bien, la deuxième, on sait qu'on oxyde de l'eau en dioxygène, donc il s'agit de l'équation classique, 2H2O est égal à O2 plus 4H+, plus 4 électrons. N'hésitez pas à reprendre de votre côté la méthode pour équilibrer ce genre de demi-équations. Et donc pour en déduire l'équation de la réaction d'électrolyse, on souvient, on combine linéairement les demi-équations afin d'équilibrer, de compenser parfaitement les électrons, les charges. Donc ainsi, on a 1 électron dans la première, 4 électrons dans la seconde, donc on va faire 4 fois la première plus 1 fois la seconde. Alors qu'est-ce que ça donne lorsque l'on écrit ça ? Eh bien, on a 4Ag+, plus 2H2O, et de l'autre côté, en termes de produits, on a 4Ag plus O2 plus 4H+. Et là, parfait, on a l'équation de réaction d'électrolyse qui est équilibrée. Deuxième question, l'électrolyse dure un temps Δt qui est égal à 15 minutes, avec une intensité du courant constante à 80 mA. Quelle est la quantité d'électricité Q qui a traversé l'électrolyseur ? Alors là, on entre dans le dur, on entre dans le crucial des raisonnements en électrochimie, qui est en fait un raisonnement sur la charge. Et c'est un très très joli raisonnement, puisqu'en fait, il y a deux manières d'exprimer la charge débitée par une pile, ça c'est bien vraiment très important de le savoir. Alors, il y a une vision plutôt électrique et une vision plutôt chimique. Pour la vision chimique en fait, pour n molles d'électrons échangés dans l'équation bilan, eh bien la charge qui a traversé l'électrolyseur c'est nE, on aurait pu mettre un petit E ici, nE, le nombre de molles d'électrons échangés, fois F, le F c'est le faraday, en fait c'est la charge d'une molle d'électrons. Donc elle peut s'exprimer selon F, ou alors comme étant le nombre de molles d'électrons échangés fois E, la charge alimentaire, fois nA, le nombre d'avogadro. C'est comme on veut, si on utilise le faraday, soit c'est E fois nA. Donc ça c'est la vision chimique, c'est la définition chimique de la charge qui va traverser l'électrolyseur. Mais on peut avoir une vision électrique, la charge qui va être débitée, c'est bien sûr l'intensité fois la durée d'électrolyse. Donc c'est ces deux visions qui sont très coordonnées et qui peuvent nous permettre de déduire des choses. Et ici on va utiliser la définition électrique, puisqu'on nous donne l'intensité du courant et la durée de la charge. Donc on a une charge de 72 coulombs. Troisième question, quelle est la quantité de matière d'argent déposée sur la statuette ? Il faut en déduire la masse m de ce dépôt. Alors on a vu avec la définition chimique qu'on va pouvoir se ramener justement à ce nombre de molles. Et on sait que si on nous pose des questions sur les quantités de matière, c'est une notion très chimique, il ne va pas falloir passer par cette définition. Or ici ça fait intervenir le nombre de molles d'électrons, pas exactement le nombre de molles d'argent. Donc il faut d'abord relier cette notion de nombre de molles d'électrons et nombre de molles d'argent. Et comment est-ce qu'on le fait ? On a tout d'abord la quantité d'électrons échangées qui est donc nE qui est égale à Q divisé par E fois nA. Donc ça, ça vient tout simplement de cette première relation. Et ensuite, je vais aller un peu trop loin. Or pour un atome d'argent formé, un électron est consommé. Vous savez, c'est la phrase un peu littérale qu'il faut se dire pour être bien au clair. On se base sur la demi-équation électronique ici. On voit que d'après les nombres stoichiométriques, que pour un atome d'argent formé, on a consommé un électron. Donc au final, le nombre d'électrons échangés est égal au nombre d'argent qui est formé. Donc le nombre de molles d'argent, c'est égal à Q divisé par E fois nA. Voilà ce qu'il fallait dire. Et donc l'application numérique nous donne un nombre de molles d'argent qui a été déposé de 7,5 fois 10 moins 4 molles. Ce qui représente une masse de 80 mg lorsque l'on a multiplié par la masse molaire, bien sûr. Voilà pour la troisième question. Et enfin, quel est le volume V de gaz qui s'est formé ? Alors, on a calculé l'argent que l'on avait formé, mais on a aussi un dégagement de O2. Donc ça revient un peu à la même chose. Au final, vous voyez que le nombre de molles d'électrons échangés peut se lier au nombre de molles d'argent formé, mais aussi au nombre de molles de dioxygène qui a été produit. Donc à ce moment-là, la relation par contre est différente. Pour une molle de dioxygène formé, 4 électrons ont été consommés cette fois. On l'a vu dans la demi-équation. Donc le nombre de molles de dioxygène qui a été formé, c'est le nombre d'électrons divisé par 4. C'est un raisonnement qu'il faut bien avoir en tête. Or, ça nous donne des informations sur la quantité de matière de dioxygène qui a été relâchée. Et nous, on veut le volume. Or, en identifiant le dioxygène comme un gaz parfait, on peut tout à fait relier le nombre de molles d'O2 au volume que prend le gaz. Donc à ce moment-là, le volume de dioxygène formé, c'est le nombre de molles d'électrons échangés fois R fois T divisé par 4 fois P. Et à ce moment-là, sous un bar et 298 kV, le volume de dioxygène formé est de 4,6 mL. Voilà, c'est la fin de cet exercice vraiment très très complet. Il aborde énormément de notions qui sont importantes à avoir en tête. Plein de raisonnements cruciaux dans l'apprentissage de ce chapitre. N'hésitez pas à le reprendre de votre côté. Une fois que l'on sait faire ça, on a pas mal d'automatisme pour les prochains exercices. Merci beaucoup d'avoir suivi cette vidéo et puis à bientôt !

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