Sens d'évolution spontanée d'un système chimique

Cours.

Préparation à l’ECE : L’apparition du sulfure d’argent Ag₂S (s) :

L’éclat des objets recouverts d’argent Ag (s) (bijoux, orfèvrerie, etc.) s’altèrent au cours du temps du fait de l’apparition d’un film noir de sulfure d’argent Ag₂S (s).

La formation de ce solide résulte de l’action conjuguée du dioxygène atmosphérique et du sulfure d’hydrogène H₂S (g) (présent dans l’atmosphère).

En réalisant le montage ci-dessous, l’intensité du courant mesurée est positive.

Schéma du montage expérimental :

►  Matériel et produits disponibles :

-  Objet argenté recouvert de sulfure d’argent Ag₂S (s).

-  Feuille d’aluminium.

-  Saladier en verre.

-  Solution de chlorure de sodium : Na⁺ (aq) + Cℓ^– (aq)

-  Solution de nitrate d’aluminium III : Aℓ³⁺ (aq) + 3 NO₃^– (aq)

1.  Déterminer la polarité de la pile, le sens de circulation des électrons et le sens conventionnel du courant.

2.  Qu’afficherait l’ampèremètre si le pont salin était supprimé ?

3.  Est-il envisageable d’éliminer le dépôt noir de sulfure d’argent et de redonner l’éclat à l’objet argenté ?

Justifier en analysant l’équation de fonctionnement de la pile.

4.  En utilisant le matériel et les solutions, proposer un protocole, réalisable facilement chez soi qui permet de redonner à un objet argenté son éclat originel.

-  Données :

-  Ag₂S (s) / Ag (s) ; Aℓ³⁺ (aq) / Aℓ (s).

-  Ag₂S (s) + 2 H⁺ (aq) + 2 e^– → 2 Ag (s) + H₂S (aq)

Préparation à l’ECE : L’apparition du sulfure d’argent Ag₂S (s) 

Schéma du montage expérimental :

1.  Polarité de la pile, le sens de circulation des électrons et le sens conventionnel du courant.

-  Schéma du montage :

2.  Rôle du pont salin .

-  Le pont salin assure la jonction électrique entre les solutions contenues dans les deux béchers.

-  Sans le pont salin, le courant ne circule plus. Le pont salin ferme le circuit.

-  Sans pont salin, le circuit est ouvert.

-  L’ampèremètre affiche une valeur nulle pour l’intensité en l’absence de pont salin.

-  Dans le pont salin, le courant électrique est dû à la double migration des ions positifs (cations) et négatifs (anions) se déplaçant en sens inverses.

-  Les ions positifs se déplacent dans le sens du courant et les ions négatifs se déplacent dans le sens inverse du sens du courant.

-  Les ions se déplacent dans les solutions et le pont salin et les électrons se déplacent dans les fils conducteurs.

3.  Équation de fonctionnement de la pile.

-  Élimination du dépôt noir de sulfure d’argent :

-  Les couples mis en jeu : Ag₂S (s) / Ag (s) ; Aℓ³⁺ (aq) / Aℓ (s).

►  Équation de la réaction :

-  La cuillère constitue la borne positive.

-  Les électrons arrivent et sont captés par l’espèce Ag₂S (s) (noire).

-  Cette espèce est réduite et donne de l’argent métal Ag (s) (brillant métallique).

-  La feuille d’aluminium Aℓ (s) donne les électrons aux circuit extérieur.

-  L’aluminium métal (le réducteur) s’oxyde et donne des ions aluminium Aℓ ³⁺ (aq).

-  Lors de la réaction d’oxydoréduction, l’espèce Ag₂S (s) (aspect noir) est remplacée par de l’argent métal Ag (s) (aspect brillant).

-  On peut envisager d’éliminer le dépôt noir de sulfure d’argent Ag₂S (s) et de le remplacer par de l’argent métallique Ag (s) et de redonner à l’objet son éclat argenté. 

4.  Redonner à un objet argenté son éclat originel.

-  Protocole :

-  Entourer un cuillère en argent d’une feuille d’aluminium.

-  Dans un récipient, verser de l’eau, et ajouter du sel de cuisine.

-  On obtient une solution aqueuse de chlorure de sodium.

-  Plonger la cuillère, entourée de la feuille d’aluminium, dans la solution.

-  Laisser agir une dizaine de minutes.

-  Un transfert direct d’électrons se réalise entre la feuille d’aluminium et le sulfure d’argent qui se trouve à la surface de l’objet.

-  Attention :  Le problème de cette méthode est l’odeur (le sulfure d’hydrogène : odeur d’œuf pourri)

►  Additif : le sulfure d’hydrogène :

-  Schéma de Lewis de la molécule :

 ou

-  Géométrie de la molécule de sulfure d’hydrogène :

-  On connait de schéma de Lewis de cette molécule :

-   

-  L’atome de soufre S est lié à 2 atomes

-  Et possède 2 doublets non liants.

-  On est en présence d’une molécule coudée :

α ≈ 105 °

-  Représentation 3D :

-  Équation de la réaction entre le sulfure d’hydrogène et l’eau.

-  Constante d’acidité K_A associée (écriture simplifiée).

-   

-  Relation entre K_A et pK_A.

-  pK_A = – log K_A qui équivaut à K_A = 10^–pKA

-  En utilisant pK_A = – log K_A

-   

-  Les différents couples :

-  Le sulfure d’hydrogène est un gaz inflammable, à l’odeur d’œuf pourri (odeur fétide), très toxique et peu soluble dans l’eau.

-  Il donne un acide faible, l’acide sulfhydrique H₂S (aq).

-  L’ion hydrogénosulfure ou hydrosulfure HS^–  (aq) est une espèce amphotère, c’est un ampholyte.

-  C’est la base conjuguée du sulfure d’hydrogène et l’acide de l’ion sulfure S^2–  (aq).