CHAPITRE IV

Piles Toi laïques.

Couples à courant eoiutant. Nous avons parlée dans le livre 11^ de la pile voltaîque et des piles à auges^ à la YoUaston^ de Hunoke> et de la plupart des piles à un seul liquide généralement employées. Ces appareils , ainsi qu'on Ta dit^ sont loin de donner des effets réguliers; mais^ comme les piles sont d'un usage journalier^ il était nécessaire d'exposer les différentes sources électriques, avant d'indiquer les perfectionnements apportés aux appareils produo^ teurs d'électricité. Nous avons traité avec détails la production de l'électricité dans les actions mécaniques et physiques, mais jusqu'ici ces sources ne donnent que des quantités insufBsantes d'éleotriciié pour les besoins des arts; o'est aux actions chimiques qu'il faut avoir recours.

Lorsqu'on fait usage d'une pile vcdtaTque à colonne, à augea, à la Vollaston, de Muncke, etc. , montée comme il a été dit, pagea 36 et suivante^, dans les premiers instants le courant est asseï éner*gique, mais il diminue assez rapidement d'intensité ; on ne peut donc smgev à les employer quand il faut une aetion activa et constante. Les causes suivantes diminuent l'intensité du courant : 1* la.chan* gement dans la composition du liquide eondnoteur et la variation

390 CÀUSBS DD DÉGÀOBirBNT

du travail chimique dans chaque couple; ^ les changements dans l'état de la surface des métaux . en y comprenant les dépôts d'oxydes, de gaz, etc., c'est-à-dire les effets de polarisation. En s'opposant à ces changements, on rend la pile constante; en outre, en augmentant la quantité d'action chimique produite et en opérant avec les liquides les meilleurs conducteurs, on augmente la quantité d'électricité dégagée.

Nous allons indiquer conunent on est parvenu à obtenir les piles réunissant ces conditions, et quelles sont les formes actuellement en usage. Nous parlerons d'abord de chaque espèce de couple, qui est l'élément essentiel de la pile; ensuite nous indiquerons ce qui arrive quand on réunit les couples pour former les piles.

On évite les changements dans la composition des liquides conducteurs, en prenant un vase assez grand pour que , dans un temps donné , il y ait toujours à peu près la même quantité d'acide dans l'appareil; mais, quand la pile est un peu énergique, cela ne suffit pas pour assurer une force constante au couple: on a recours aloi^s à un système de siphons qui renouvelle peu à peu le liquide. On doit remarquer qu'avec les couples tant soit peu énergiques, si Pon opère avec le même volume d'eau acidulée, on ne peut pas espérer avoir une intensité constante ; elle ne peut être qu'à peu près constante; la plupart du temps, dans les arts cela suffit. Mais dans les recherches scientifiques, où il est indispensable de remplir rigoureusement cette condition, il faut avoir soin de maintenir le liquide à la même température et au même degré de concentration : sans cela l'intensité varierait rapidement; lorsque même cela est possible, on doit faire usage de couples peu énergiques, et l'on gagne alors en constance ce que Ton perd en intensité.

Zinc amalgamé. Pour maintenir les surfaces conductrices dans les mêmes conditions, il faut examiner les effets produits sur les deux métaux ou les deux conducteurs dont se compose le couple. Le zinc ordinaire dans l'eau acidulée donne, comme on le sait, du gaz hydrogène , même quand le circuit est fermé , ce qui indique que toute l'action chimique n'est pas employée dans le couple à la production de l'électricité; on y a substitué le zinc amalgamé, qui jouit de propriétés remarquables.

On amalgame le zinc en le décapant dans de l'eau acidulée par l'acide sulfurique, et étendant dessus du mercure avec un tampon; cependant, si les plaques sont épaisses, il faut amalgamer à plusieurs rqnîses et à difS^^^ots jours d^ntervalle, pour que le mercure pénètre profondément.

DE L*ÉLBCTBICITé. 321

Une plaque de zinc ainsi amalgamé n'est pas attaquée^ ou du moins 1 est très-faiblement dans Teau acidulée par Tacide sulfurique au milieu de laquelle on la plonge ; tandis que^ si on la touche avec un fil de cuivre ou de platine^ elle est attaquée assez vivement : le zinc se dissout^ et l'hydrogène se dégage sur le fil métallique. Cette différence dans les effets parait provenir^ conmie on le verra plus loin^ de ce que Phydrogène, dans le premier cas^ adhérant à la surface du métal, s'oppose à l'action ultérieure de l'acide^ ce qui n'a pas lieu dans le second cas^ l'hydrogène se dégageant sur le fil qui est en contact avec lui.

Si on plonge dans Teau acidulée une lame de zinc ordinaire et une autre amalgamée^ et qu'on les fasse communiquer au moyen d'un fil de cuivre^ la lame amalgamée se comporte comme le zinc^ et l'autre conune le cuivre dans un couple voltaîque ordinaire. Ainsi la lame de zinc amalgamé se conduit conmie un métal plus vivement attaqué par l'eau acidulée que le zinc ordinaire.

Ce qui distingue les effets produits dans Teau acidulée par une lame de zinc amalgamé en relation avec une lame de cuivre ou autre ^ de ceux qui ont lieu avec une lame de zinc et une lame de cuivre , c'est que l'action chimique , d'ordinaire violente et intense sur le zinc^ est tranquille et uniforme sur les lames de zinc amalgamé. En outre ^ les pouvoirs électriques sont plus fortement exaltés.

Mais d'où peuvent donc provenir les propriétés du zinc amalgamé? Jusqu'à présent on n'a pu répondre d'une manière parfaitement satisfaisante à cette question. Cette difTérence a été attribuée à la présence du fer, du cadmium , qui se trouvent dans le zinc impur^ lesquels constituent autant de couples voltaïques; il résulte de cette multiplicité d'actions qu'il y a beaucoup de zinc détruit, et que l'hydrogène se dégage en apparence sur la surface , bien qu'en réalité ce dégagement n'ait lieu qu'à la surface des particules métalliques étrangères : on conclut évidemment de là que ces particules servent en même temps à décharger Télectricité du zinc , et diminuent ainsi le pouvoir qu'a ce métal de produire un courant électrique , ce qui fait que l'intensité du courant qui passe dans le circuit métallique se trouve beaucoup affaiblie. En amalgamant la surface de zinc, on amène cette surface dans une condition uniforme qui détruit l'action des petits couples voltaïques. La difficulté est d'expliquer pourquoi la présence du mercure s'oppose à ce que le zinc soit attaqué tant qu'on ne le touche pas avec un fil de cuivre ou de

US) CAC8BS DU DIÎGàGBMBIIT

platine. Tout ce cjue Ton peut dire à cet égard, c*est que, la surface du zinc étant partout recouverte de mercure, une partie ne peut agir comme déchargeur vis-à-vis de l'autre; dès lors Faction chimique est suspendue. Un fait vient à l'appui de cette manière de voir, c'est que le zinc pur se comporte à peu près comme le zinc amalgamé dans Teau acidulée.

Deux avantages importants résultent de Temploi de zinc amalgamé. Le premier est que Téquivalent d'électricité s^obtient par Toxydation d'une certaine quantité de zinc; on verra dans le tome II que Ton nomme équivalent d'électricité celui qui donne par décomposition un équivalent d*un composé chimique. Le second avantage est que le zinc n^est pas ou est peu attaqué, quand le circuit n'est pas fermé : nous disons peu attaqué, car, dans l'eau acidulée, il n'y a peut-être avec le zinc amalgamé qu'une action chimique faible. En outre de ces avantages, lors de Faction de l'eau acidulée le zinc seul est attaqué , le mercure ne l'étant pas, et la dépense en métal est par cela même moindre qu'avec du zinc ordinaire , puisqu'une même quantité de zinc amalgamé produit un plus fort courant que le zinc ordinaire.

Dépolarisation de Véteclrode négative du couple. Dans les couples ordinaires, le cuivre qui sert de pôle négatif se polarise en se couvrant dliydrogène, et de là résulte une augmentation de résistance et une diminution dans l'intensité des couples (voir page iOl). Si la polarisation est constante, le couple peut conserver à peu près la même force , mais n*a pas le maximum d^effet. On a conseillé de substituer au cuivre, du cuivre platiné ou du platine platiné , qui, étant couvert d'une poudre noire de platine, permet au gaz hydrogène de se dégager. On forme ainsi un couple constant, mais ne donnant pas le maximum d'effet en raison de la cause que nous venons d'indiquer (couple de M. Smée). Il en est de même des autres dispositions analogues proposées pour laisser dégager lliydrogène provenant de la décomposition de l'eau sans l'absorber.

On est conduit alors à plonger le conducteur négatif dans un autre liquide que celui qui attaque le zinc, liquide qui, par sa décomposition lors du passage du courant, empêche le dégagement de gaz hydrogène , ce gaz étant employé ou à réduire un sel métallique, ou bien àdésoxyder une combinaison chimique, ainsi que cela a été dit page 199. On a alors les couples à deux liquides. Ce sont ces couples que l'un de nous, avant qu'on fit usage des cou-

DB L'ÉLKTMlClTi. ))t

pies à courftnt constant, a formés en 1829 et 1830, pour la reproduction de certaines substances minérales ; quelques-uns peuvent fonctionner sans altération sensible pendant des mois, des années : nous en donnerons la description en traitant de Télectro-cbimie (*).

Nous allons citer quelques-uns des couples en usage; ensuite nous indiquerons les tentatives que Ton a faites pour les améliorer, et les conditions à remplir pour augmenter leurs efTets.

Couple à oxygène. Ù repose sur les principes exposés précédemment , et montre Paction produite par la réaction des deux dissolutions Tune sur l'autre (Becquerel). On a déjà vu, page 189, un moyen d'observer le dégagement de Télectricité lors de la réaction de l'acide azotique et de la potasse; mais, pour avoir des effets plus énergiques, on peut disposer le couple comme il suit :

n est composé de deux bocaux en verre, dont Tun renferme une solution de potasse caustique concentré, et l'autre de l'acide nitrique également concentré. Les deux vases communiquent ensemble par l'intermédiaire d'un tube de verre recourbé rempli de kaolin ou d'argile exempte de carbonate de chaux, et humectée d'une solution de sel marin. Dans le bocal oh se trouve l'alcali plonge une lame d'or; dans l'autre > une lame d'or ou de platine. Si l'on met en communication les deux lames au moyen de fils d'or ou de platine, on a un courant assez énergique provenant de la réaction de l'acide sur l'eau et le sel marin d'une part, de la potasse de l'autre sur l'eau et le sel marin. La direction du courant montre que la lame plongée dans l'alcali prend l'électricité négative, et la lame plongée dans l'acide l'électricité positive; la permanence dans rintensité du courant pendant plusieurs jours annonce que les surfaces des lames ne sont point polarisées; il est facile, en effet, de le prouver. Pendant que cet appareil fonctionne , le nitrate de potasse qui se forme à chaque instant est décomposé par Paction du courant; l'acide est transporté au pâle positif, qui est la lame plongeant dans la potasse, tandis que celle-ci est transportée sur la lame négative qui plonge dans l'acide. Or Tacide et l'alcali transportés, se trouvant en contact d'un côté avec la potasse , de l'autre avec un acide , se combinent immédiatement avec les liquides environnants , de sorte que les lames sont toujours parfaitement décapées; dès lors il ne peut y avoir aucun effet secondaire. Le courant ne diminue d'intensité que lorsque le nitrate de potasse qui se

(*) Annales de phyUque et de chimie, t. XLI, p. 1 et suit. (1829).

224 CÀU8I8 DU DiGàGBMBNT

forme peu à peu cristallise en assez grande quantité dans le tube de communication pour interrompre la circulation du courant; dans ce cas, il faut changer Targile^ inconvénient que Pon évite en disposant l'appareil de la manière suivante : Le tube intermédiaire est formé d'un tube de verre BB' ; ses Fig. 72. deux bouts entrent avec

frottement dans deux tubes recourbés en platine, comme Tindique la figure 72 y dont les extrémités libres plongent dans les liquides. Sur les tubes en platine E, E' se P trouvent deux petits appendices servant à établir la communication avec un galvanomètre, un voltamètre ou tout autre appareil : les deux extrémités du tube ne renferment qu'une petite quantité d'argile retenue au moyen d'une lame très-mince de platine, et percée de trous pour laisser passer le courant. Le reste du tube est rempli d'eau salée qu'on peut changer à volonté.

Si l'on veut donner plus d'énergie à l'appareil simple que nous avons décrit avant le modèle représenté figure 72, on substitue à la lame d'or qui se trouve dans la potasse, une lame de zinc amalgamé qui, étant attaquée par la solution de potasse, produit un courant dirigé dans le même sens que celui provenant de la réaction de l'acide sur l'alcali , d'où résulte un courant unique d*une intensité plus grande que celle qui provient de chacun d'eux.

Ce couple, fondé sur Faction mutuelle de deux dissolutions, peut servir dans des recherches scientifiques; on a vu précédemment, page i88, que son nom de couple à oxygène lui a été donné à cause du dégagement de l'oxygène sur la lame formée d'un métal inoxydable plongeant dans la potasse.

Les dispositions que nous allons indiquer permettent d'obtenir des couples à courant constant qui sont aujourd'hui généralement adoptées suivant le but que Ton se propose.

Couples à sulfate de cuivre dam la cloison négative. M. Daniell, d'après les principes exposés précédemment, et qui se déduisent des expériences faites avec l'appareil à cloison décrit page 09, a donné au couple la disposition suivante :

DB L ELECTBICITE.

AB est un cylindre de cuivre ouvert à sa partie supérieure et dont la partie inférieure est percée à son centre. Au fond est une portion de cylindre oA plus grande que Touverture, sur laquelle s'attache fortement une portion d'intestin de bœuf, qui s'attache aussi en EF correspondant à ab. Cette portion d'intestin forme un cylindre creux dans lequel plonge un morceau de zinc amalgamé cd. Alors, si l'on emploie différents couples^ le cuivre AB^ qui est une des lames du couple, est mis en rapport avec le zinc d'un autre couple , et l'on peut ainsi former une pile. A l'ouverture inférieure placée au centre de ab se trouve un tube en siphon efg recourbé en g, de telle sorte que , si on ajoute du liquide en EF dans le cylindre formé par l'intestin , il en coulera autant par y, si Tintérieur du sac membraneux est déjà rempli.

M. Daniell emploie, pour liquides, de l'eau acidulée par l'acide sulfurique dans la case zinc, et une solution saturée de sulfate de cuivre à l'extérieur du sac membraneux. Seulement Peau acidulée tombe goutte à goutte dans la case zinc, et, à mesure qu'elle tombe, elle chasse dans le siphon l'eau acidulée chargée de sulfate de zinc, qui est plus pesante et qui diminuerait Faction de la pile. Des morceaux de sulfate de cuivre placés dans la solution de sulfate saturent cette solution au fur et à mesure que le sulfate dissous se décompose. Les couples ont 17 centimètres de hauteur sur 10 centimètres de diamètre , et l'intensité de l'action chimique reste sensiblement la même pendant plusieurs heures.

Un des avantages de cette pile et des piles analogues est qu'elle ne fonctionne pas quand le circuit est interrompu (voir zinc amalgamé, page 220); mais à peine est-il établi, le sulfate est décomposé, l'acide sulfurique se porte sur le zhic et concourt à produire le courant électrique, tandis que l'hydrogène de l'eau décomposée réduit le cuivre du sulfate sur la surface du cuivre du cylindre extérieur. Le courant électrique résulte donc, V de l'action de l'eau acidulée sur le zinc; 2» de l'action de l'acide sulfurique du sulfate de cuivre sur le même métal; 3* de l'action des deux dissolutions

236 CAUSES DU DlfcGÀGBMBNT

Tune surFauire. Cette dernière étant la plus faible, le rinc se trouve être le pôle positif du coufde. Dans ce couple la polarisation est détruite^ puisque Télectrode négative « le cuivre, se couvre de cuivre et reste identique à elle-môme, Thydrogène provenant de la décomposition de l'eau étant alors absorbé; sur le zinc, l'oxygène est employé à oxyder le métal.

On peut donner à ces couples la disposition suivante, qui présente de très-bons résultats :

^*«- '♦• On dispose une auge en cuivTe AB

(fig. 74 ) , munie de deux appendices creux ab, a'b' en biseau, communiquant avec rintérieur de l'auge par plusieurs ouvertures, et remplis de cristaux de sulfate de cuivre. Une lame de zinc amalgamé MN est placée dans un sac en toile à voile; en C et D sont soudés deux appendices do cuivre destinés à transmettre Télectricité développée. Dans Tauge AB, on verse une dissolution de sulfate de cuivre, et dans le sac servant de diaphragme, de Peau salée ; le zinc et son diaphragme sont ensuite placés dans Tauge. En fermant le circuit, on a alors un courant énergique. Cet appareil permet de recueillir beaucoup plus d'électricité dégagée, parce que chaque face de la lame de zinc est en présence d'une surface de cuivre; c'est donc une des meilleures dispositions que Ton puisse adopter. Si Fon veut donner plus de force à l'action voltaîque, suivant les effets que l'on se propose d'obtenir, on plonge l'auge dans de l'eau dont on élève la température. A 60» ou 80", la réaction de l'eau salée sur le zinc est telle que l'action décomposante du couple est énergique. Une pile de dix éléments de 60 centimètres de hauteur sur 40 de largeur, ainsi montée, a une action puissante.

On ne peut employer cette disposition pour une action de longue durée, à moins de changer les dissolutions. Si l'on veut obtenir un courant persistant pendant plusieurs jours, rien tfest tel qu'une disposition permettant, à l'aide de siphons, de renouveler le liquide qui attaque le zinc, afin d'enlever continuellement le sulfate de zinc formé. Quant au sulfate de cuivre, en le maintenant toujours saturé avec des cristaux de ce sel , il peut fournir à l'action pendant longteupp. On emploie très-fréquemment, dans ces couples, des diaphragmes

DB L*ÉLBCTB1CIT^.