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Laquelle des figures suivantes représente l’équilibre qui existe entre une pièce de zinc métallique en contact avec une solution aqueuse d’ions zinc ?
Les figures de cette question illustrent l’un des principes fondamentaux sur lesquels reposent les cellules galvaniques. Une cellule galvanique est un type de cellule électrochimique qui se compose de deux demi-cellules. Les demi-cellules peuvent être considérées comme une électrode immergée dans une solution d’ions. Dans les figures, nous voyons quatre options possibles pour une demi-cellule de zinc avec une pièce métallique de zinc immergée dans une solution d’atomes ou d’ions zinc. Ce dispositif expérimental peut être relié à une autre demi-cellule par un pont salin. Le circuit peut ensuite être complété par un dispositif externe, comme une ampoule ou un voltmètre à haute résistance qui peut mesurer le potentiel de la cellule.
À première vue, nous pouvons être surpris par les suggestions de ces figures. Nous n’avons pas d’alimentation externe qui est connectée. Nous pouvons donc être surpris de voir un mouvement d’atomes ou d’ions entre la pièce métallique et la solution. Cependant, si nous examinons de plus près ce qui se passe dans l'une ou l'autre des demi-cellules, nous verrons qu'il y a une conversion des atomes en ions dans la solution. Dans le processus inverse, les ions collectent des électrons pour se réduire et devenir par la suite des atomes métalliques déposés sur l'électrode.
Ce processus est une réaction réversible et peut être représenté par la réaction indiquée, où la lettre 𝑀 est le métal dans la réaction d’oxydoréduction et la lettre 𝑛 est le nombre d’électrons perdus ou gagnés dans le processus. Cependant, on peut imaginer que cet équilibre est très favorable à l’électrode métallique. Et donc ce n’est pas quelque chose que nous pouvons voir au niveau microscopique.
Maintenant, si nous échangeons l'exemple général avec le zinc, comme dans la question, nous devrions être en mesure de revenir à la question et d’y répondre. Laquelle des figures suivantes représente l’équilibre qui existe entre une pièce de zinc métallique en contact avec une solution aqueuse d’ions zinc ? Si nous combinons maintenant nos connaissances avec les choix de réponses, nous pouvons voir dans le choix de réponse (A) que nous avons des ions positifs en solution avec des électrons laissés sur l’électrode. Cela correspond à ce que nous nous attendions à voir en écrivant une équation de demi-cellule pour cette demi-cellule. Zn2+ aqueux plus deux électrons sont en équilibre avec Zn solide. Nous pouvons donc choisir le choix de réponse (A).
