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Sciences
Si une eau de PH différent de 7 coule dans un tuyau (Ex pH=5) au débit de 1 litre par seconde, étant donné qu'elle est concentrée en H+, elle génère le déplacement des charges + et donc un courant électrique. Comment calculer la valeur du courant électrique en Ampère générée pour le déplacement de cette eau ?
Réponse de Didier Perret
Docteur
Section de chimie et biochimie
Université de Genève
Il y a une confusion de processus électrochimiques dans la question posée...
Lorsqu’une eau est légèrement acidifiée (p.ex. à pH = 5.0 comme proposé par notre internaute, ce qui signifie que cette eau contient 100× plus de proton que de l’eau neutre à pH = 7.0, puisque chaque unité de pH représente un saut de 10 en concentration), il n’y a pas que des protons H+ dans cette eau, car les solutions sont toujours équilibrées en charges. En d’autres termes, une solution ne peut jamais contenir un excès de charges positives ou un excès de charges négatives.
Pour que cette eau soit équilibrée en charges, il faut qu’elle contienne autant de charges négatives que de protons. Dans l’exemple à pH = 5.0, il y a exactement 10 moles de protons H par litre d’eau, et il doit donc y avoir obligatoirement 10 moles de charges négatives par litre d’eau.
Pour atteindre cette situation, il faut par exemple acidifier l’eau pure (celle qui est caractérisée par un pH = 7.0) avec de l’acide chlorhydrique HCl. Lorsque l’acide chlorhydrique est ajouté dans l’eau, à raison de 10-5 moles de HCl par litre d’eau, cet acide se dissocie en 10-5 moles de protons H+ par litre d’eau et en 10-5 moles d’ions chlorure Cl- par litre d’eau. Il y a donc exactement autant de charges positives (exprimées par les protons, entités acides) que de charges négatives (exprimées par les chlorures, entité ne présentant aucun caractère acide ou basique).
Comme la solution acide est homogène (il n’y a pas des protons dans un coin du dispositif et des ions chlorure dans un autre coin), elle ne présente en aucun point un excès de charges positives ou de charges négatives. En en conséquence, il n’y a aucun courant généré dans cette solution, qu’elle stagne dans un récipient ou qu’elle circule dans un tuyau : en tous points se trouvent autant de charges positives que de charges négatives.
Pour générer un courant, il faut que le système chimique procède à une réaction d’oxydation-réduction (ce qui n’est pas le cas avec la solution simplement acidifiée), c’est-à-dire qu’un des constituants chimiques présent dans la solution fournit des électrons à un autre constituant chimique également présent. C’est le principe d’une pile électrochimique (p.ex. les piles qu’on place dans des dispositifs électriques comme des radios portables, des montres à quartz, ou des lampes de poche). À chaque borne de cette pile électrochimique, il est possible de mesurer un courant, en ampères, puisque des électrons sont échangés et qu’il y a donc un flux de charges au sein de la pile.
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