Qu'est-ce que la cellule Daniell?
La pile Daniell est une sorte de pile au cuivre-zinc qui utilise une barrière poreuse entre les deux métaux. Il a été inventé en 1836 par le chimiste britannique John Frederic Daniell. Autrefois largement utilisé dans l'industrie télégraphique européenne, il a été remplacé à la fin du XIXe siècle par des modèles de batteries plus modernes. Aujourd'hui, il est principalement utilisé en classe pour montrer le fonctionnement des piles.
Le scientifique italien Alessandro Volta a inventé la batterie en 1800. Sa conception utilisait une colonne de disques alternés de zinc et de cuivre, avec des morceaux de carton saturés de saumure empilés entre chaque morceau de métal. Ce tas voltaïque a été utilisé dans de nombreuses expériences électriques, mais avec moins d'une heure d'autonomie, il n'avait aucune application industrielle réelle. Daniell a modifié le design de Volta pour créer une batterie d'une durée de vie plus longue, lui permettant d'être utilisée de manière pratique.
Le principe de la batterie de Daniell et de Volta est le même. Un soluté liquide appelé électrolyte - dans la conception de Volta, la saumure entre les plaques de métal - commence à dissoudre le zinc et le cuivre en ions chargés positivement. Lorsque les ions quittent le métal, des électrons libres restent derrière. Le zinc se dissout plus rapidement que le cuivre, ce qui signifie que le zinc contient bientôt plus d'électrons. Si on connecte les deux pièces de métal avec un fil, les électrons vont migrer à travers le fil du zinc au cuivre, créant un courant électrique.
Si le zinc et le cuivre se dissolvent dans le même électrolyte, comme dans le pieu voltaïque, deux processus raccourciront la durée de vie de la batterie. S'il est stocké sans électricité, les ions de cuivre de l'électrolyte seront attirés vers la borne de zinc chargée négativement. Ces ions vont alors se coupler avec les électrons du zinc, neutralisant sa charge. Finalement, plus de zinc ne sera disponible pour la dissolution. Ce processus s'appelle la réduction .
L'autre processus de destruction de la batterie se produit lorsque l'électricité est tirée. Les ions zinc vont pousser l'hydrogène dans l'électrolyte vers le cuivre, où l'hydrogène s'accumule à la surface et interrompt éventuellement le flux d'électricité. Ce processus s'appelle la polarisation . La cellule Daniell a été conçue pour répondre au double problème de la réduction du zinc et de la polarisation. Il résout ces problèmes en isolant le zinc et le cuivre dans des électrolytes séparés.
Pour fabriquer une cellule Daniell, un récipient en terre cuite non émaillée peut être rempli d'acide sulfurique et un morceau de zinc qui y est immergé. Le conteneur peut ensuite être placé dans une boîte en cuivre remplie de sulfate de cuivre. La barrière en terre cuite retient le zinc et le cuivre des côtés opposés; cela empêche les ions zinc d'envoyer de l'hydrogène au cuivre, empêchant ainsi la polarisation. Il maintient également les ions de cuivre loin du zinc, empêchant ainsi la réduction du zinc. Daniell a qualifié sa cellule de batterie constante en raison de sa prévention de la polarisation.
Les pores de la barrière permettent aux ions sulfate chargés positivement de se déplacer du côté du cuivre au côté du zinc. Ceci équilibre le flux d'électrons du zinc au cuivre lorsque le circuit est terminé. La quantité de potentiel électrique produite par une cellule Daniell a été appelée le volt . La valeur du volt moderne est légèrement différente; une cellule Daniell produit environ 1,1 volts du jour et possède une résistance interne d'environ 2 ohms.