La pile au citron

Utilisez un citron… pour allumer une diode !

Difficulté :
Danger :
Durée :
10 minutes
La pile au citron

Réactifs

Sécurité

  • Portez des gants et des lunettes de protection.
  • Réalisez l’expérience sur le plateau en plastique.
Règles générales de sécurité
  • Éviter tout contact des produits chimiques avec les yeux ou la bouche.
  • Éloigner les jeunes enfants, les animaux et les personnes sans équipement de protection des yeux de la zone où sont réalisées les expériences.
  • Ranger ce coffret d’expériences hors de portée des enfants de moins de 10 ans.
  • Nettoyer la totalité du matériel après utilisation.
  • S’assurer que tous les récipients sont hermétiquement fermés et convenablement stockés après utilisation.
  • S’assurer que tous les récipients vides sont correctement éliminés.
  • Ne pas utiliser d’autre matériel que celui fourni avec le coffret ou recommandé dans la notice d’utilisation.
  • Ne pas remettre les denrées alimentaires dans leur récipient d’origine. Les jeter immédiatement.
Informations générales de premiers soins
  • En cas de contact avec les yeux : laver abondamment à l’eau en maintenant les yeux ouverts si nécessaire. Consulter immédiatement un médecin.
  • En cas d’ingestion : rincer la bouche abondamment avec de l’eau, boire de l’eau fraîche. Ne pas faire vomir. Consulter immédiatement un médecin.
  • En cas d’inhalation : transporter la personne à l’extérieur.
  • En cas de contact avec la peau et de brûlures : laver abondamment à l’eau la zone touchée pendant au moins 10 minutes.
  • En cas de doute, consulter un médecin sans délai. Emporter le produit chimique et son récipient.
  • En cas de blessure, toujours consulter un médecin.
Conseils pour les adultes superviseurs
  • L’utilisation incorrecte des produits chimiques peut engendrer des blessures et nuire à la santé. Réaliser uniquement les expériences décrites dans les instructions.
  • Ce coffret d’expériences est à utiliser uniquement par des enfants de plus do 10 ans.
  • Compte tenu de très grandes variations des capacités des enfants, même au sein d’un groupe d’âge, il convient que les adultes surveillants apprécient avec sagesse quelles sont les expériences appropriées et sans risque pour les enfants. Il convient que les instructions permettent aux adultes surveillants d’évaluer chacune des expériences afin de pouvoir déterminer son adéquation à un enfant particulier.
  • Il convient que l’adulte surveillant s’entretienne des avertissements et des informations de sécurité avec l’enfant ou les enfants avant de commencer les expériences. Il convient d’accorder une attention particulière à la sécurité lors de la manipulation d’acides, d’alcalis et de liquides inflammables.
  • Il convient que la zone où sont réalisées les expériences soit sans obstacle et ne soit pas située près d’une réserve de denrées alimentaires. Il convient qu’elle soit bien éclairée et aérée, et à proximité d’une adduction d’eau. Il convient d’utiliser une table solide dont la surface est résistante à la chaleur.
  • Il convient d’utiliser complètement les substances contenues dans des emballages non refermables au cours d’une expérience, c’est-à-dire après l’ouverture de l’emballage.

FAQ et dépannage

Le jus de citron qui se trouve à proximité de la bande de magnésium émet un sifflement. Est-ce normal ?

Oui, c’est normal. Le magnésium est un métal actif, qui réagit avec l’acide citrique contenu dans le jus de citron. Cette réaction produit du citrate de magnésium et libère du dihydrogène, ce qui provoque le sifflement.

Je n’ai pas de citron entier. Est-ce qu’un morceau suffira ?

Oui, sans problème ! Utilisez le morceau de citron que vous avez. Assurez-vous simplement que le magnésium et le cuivre ne se touchent pas.

La diode ne s’allume pas. Que faire ?

Tout d’abord, assurez-vous que vous avez connecté le fil de ​cuivre au fil à pince crocodile rouge, et la bande de magnésium au fil à pince crocodile noir.

Ensuite, vérifiez que la diode est connectée correctement : la pince crocodile noire doit être connectée à la « jambe » la plus courte, et la pince rouge à la « jambe » la plus longue.

Instructions pas à pas

Connectez les bandes de magnésium Mg et les fils de cuivre Cu aux pinces crocodile.

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Insérez les métaux dans la pulpe du citron.

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Connectez la diode aux pinces crocodiles. Voilà ! Vous alimentez la diode avec un citron !

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Élimination des déchets

Veuillez vous reporter aux réglementations locales pour la collecte des déchets chimiques. Jetez les autres déchets solides avec les ordures ménagères. Versez les solutions restantes dans l'évier. Rincez abondamment à l’eau.

Description scientifique

Si une pile au citron peut alimenter une diode, on peut penser qu'une bonne quantité de citrons pourrait alimenter toute une maison. Mais ne vous précipitez pas pour aller acheter des citrons ! En fait, son rôle dans « La pile au citron » n'est pas si important. Ce sont les deux métaux différents immergés dans le jus de citron qui produisent l'électricité.

Quel est le secret ? Tout objet contient des électrons , mais les métaux ont la particularité de permettre à certains de leurs électrons de se déplacer librement, tant à l'intérieur du métal, que d'un métal à l'autre. Ces électrons s'accrochent différemment en fonction des métaux. Le cuivre, par exemple, attire facilement des électrons du magnésium à travers le fil , créant ainsi un courant électrique. Le magnésium, cependant, ne laissera pas ses électrons partir. C'est là que le citron entre en jeu. De minuscules particules de magnésium avec quelques électrons manquants (ions magnésium Mg2+ ) abandonnent le métal pour le jus de citron, laissant les électrons libres passer de Mg à Cu. Pour accepter ces ions Mg2+ , le jus de citron doit se débarrasser d’autres ions + (positifs). Heureusement, le jus de citron contient beaucoup d'acide citrique, qui produit des ions H+ . Ceux-ci prennent des électrons du cuivre  pour se transformer en dihydrogène H2 . Les bulles de dihydrogène quittent alors la solution. Les électrons circuleront dans le fil jusqu'à ce que la bande de magnésium se dissolve complètement.

Quel autre moyen pour fabriquer une pile ?

Vous avez désespérément besoin d’électricité, mais vous n’avez ni cuivre Cu, ni magnésium Mg ? Ce n'est pas un problème. Certaines autres paires de métaux fonctionneraient tout aussi bien. Pour choisir une bonne paire, vous pouvez vous référer à ce que les chimistes appelent la « série de réactivité des métaux ». Un métal de cette série donnera des électrons à n’importe quel métal, dès lors qu'il est situé à sa droite (comme le magnésium Mg donnait des électrons au cuivre Cu). Plus les métaux sont distants dans la série, mieux ils pousseront les électrons à travers le fil.

Si vous n’avez plus de citrons, vous pouvez utiliser n’importe quel fruit ou légume juteux, ou une solution contenant beaucoup d’ions (comme de l’eau salée, des sodas ou des jus de fruits).

Que diriez-vous d’une pile aluminium-argent au concombre ? Ou une pile zinc-or au soda ? Inventez votre propre pile avec ce que vous avez sous la main ! Vous pouvez même utiliser deux piles pour alimenter une diode, comme dans l’expérience « La pile Daniell ». Attention : le métal se dissoudra lentement, rendant le fruit ou le liquide utilisé impropre à la consommation.

Comment cette pile fonctionne-t-elle ?

Le principe de fonctionnement de la pile repose sur la différence de réactivité entre le cuivre et le magnésium. Le magnésium est un métal plutôt réactif ; ses atomes se débarrassent facilement de deux électrons pour former des ions magnésium Mg2+. Lorsque ces atomes de magnésium créent une pénurie d’électrons, la bande développe une charge positive.

Le cuivre étant moins réactif que le magnésium, si les deux métaux sont inclus dans la même pile électrique, les électrons se déplaceront du magnésium au cuivre – à travers la diode. C’est ce changement qui fait fonctionner la diode. Les électrons étant des particules chargées négativement, le fil de cuivre accumule une charge négative excessive.

Aucun des deux métaux n’est à son aise dans de telles conditions, et c’est ici que le citron entre en jeu, ou, pour être plus précis, le jus de citron, qui contient de l’acide citrique. Dans une solution, l’acide citrique se dissocie partiellement en anions citrate et en ions hydrogène H+ (ou protons). En d’autres termes, il agit comme une solution électrolytique – une solution pouvant conduire l’électricité. Ces protons utilisent l’excès d’électrons du fil de cuivre pour former des molécules de dihydrogène :

2H+ + 2e → H2

Simultanément, des ions magnésium chargés positivement quittent la bande de magnésium et passent dans la solution, ce qui provoque la dissolution progressive du magnésium :

Mg0 – 2e → Mg2+

Le processus se poursuivra jusqu’à ce que la bande de magnésium se dissolve complètement.

Comment une solution électrolytique fonctionne-t-elle ?

Un électrolyte est une substance qui peut se scinder en ions lors de sa dissolution. La solution résultante est appelée solution électrolytique. Soulignons que l’acide citrique n’est pas la seule substance capable d'agir comme électrolyte. Le chlorure de sodium, ainsi que tout autre sel, ou presque, soluble dans l’eau, sont des électrolytes. Des ions positifs (appelés cations), tout comme des ions négatifs (appelés anions) étant libérés lors de la dissolution d’un électrolyte, ils permettent d'aider à maintenir l’équilibre entre les charges de la pile, en compensant d’éventuels excès de charge négative ou positive des fils et bandes métalliques. Sans cet équilibre, la pile ne peut pas fonctionner.