Aurélie 24/06/10
 

 

De la brocante à l'orfèvrerie, argenture électrolytique: bac S France 2010

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La photographie, ci-dessous, est celle d’une « égoïste ». Il s’agit d’une théière de salon, pour une seule personne, datant du début du XIXème siècle. Elle est en laiton (alliage de cuivre et de zinc) et, à
l’origine, elle était recouverte d’argent métallique qui a disparu au fil des années.
Pour redonner à ce type de pièce leur éclat d’antan, les orfèvres savent déposer une mince couche adhérente d’argent par électrolyse.
Outre l’embellissement de l’objet traité, cette opération permet de le protéger de l’attaque de l’air et des aliments acides et lui confère des propriétés germicide et bactéricide.

L’objectif de cet exercice est d’étudier le principe de cette électrolyse, dite à anode soluble, qui permet de déposer une fine couche d’argent sur une pièce métallique.
Données :
- couple oxydant/réducteur : Ag+(aq) / Ag(s) ;  masse molaire atomique de l’argent : M(Ag) = 108 g.mol−1 ;
- masse volumique de l’argent : ρ (Ag) = 10 g.cm−3 ;  constante d’Avogadro : NA = 6,0 × 1023 mol−1 ; charge électrique élémentaire : e = 1,6 × 10−19 C.
 Principe de l’argenture électrolytique.
Avant de recevoir l’argenture, la théière subit plusieurs traitements de la part de l’orfèvre : le métal est aplani, décapé, poli et dégraissé de manière à ce que le dépôt d’argent adhère bien par la suite.
La théière, une fois prête à recevoir l’argenture (figure 4), est plongée dans un bain nommé bain « d’argent brillant », solution contenant entre autres des ions dicyanoargentate en équilibre avec des ions argent.




 

La théière plongée dans ce bain joue le rôle de cathode. Des plaques d’argent pur, placées de chaque côté du bain, jouent le rôle d’anode. Un générateur de basse tension délivre dans l’électrolyseur ainsi constitué
un courant d’intensité constante dont on peut régler la valeur.

On a simplifié le circuit d’électrolyse en résumant l’action des deux plaques d’argent en une seule sur la figure suivante.
 Indiquer sur ce schéma, le sens conventionnel du courant électrique et le sens de déplacement des électrons.

Dans le bain « d’argent brillant », les ions argent réagissent à la cathode (notée 1) selon l’équation :
Ag+ 1(aq) + e = Ag
1 (s)
Quel est l’intérêt d’avoir utilisé la théière comme cathode ?
A la cathode on observe un dépôt d'argent sur l'électrode ; l'objet à recouvrir doit donc servir de cathode.
À l’anode (notée 2), l’argent métallique Ag2(s) des plaques réagit, écrire l’équation de la réaction à cette électrode.
De quel type de réaction s’agit-il ?
On notera
Ag+ 2(aq) les ions argent intervenant à cette électrode.
Oxydation à l'anode du métal arent constituant l'électrode :
Ag2(s) = Ag+ 2(aq) +e .
Ecrire l’équation de la réaction chimique ayant lieu lors de l’électrolyse. Pourquoi appelle-t-on cette électrolyse « électrolyse à anode soluble » ?
Addition des deux demi-équations électroniques :
Ag+ 1(aq) + e +
Ag2(s) = Ag 1 (s) +Ag+ 2(aq) +e .
Simplifier :
Ag+ 1(aq)  + Ag2(s) = Ag 1 (s) +Ag+ 2(aq) .
Tout se passe comme s'il y avait transfert de l'argent de l'anode à la cathode. L' argent métal s'oxyde à l'anode ; la masse de cette dernière diminue d'où le nom  "anode soluble".





Étude quantitative de l’électrolyse.
On souhaite argenter extérieurement et intérieurement la théière qui possède une surface totale S = 850 cm2 par un dépôt uniforme d’argent. La théière, qui joue le rôle de cathode, est plongée entièrement dans le bain
d’argent brillant pendant une durée Δt = 35 min. L’intensité du courant délivrée par le générateur est constante et vaut I = 7,0 A.

Donner l'expression de la quantité d'électricité Q qui a traversé l'électrolyseur pendant une durée Dt.
Q = I Dt.
On note n(e-) la quantité de matière d'électrons échangés pendant cette durée Dt.
Donner l'expression de Q en fonction de n(e-), NA et e.
La charge, en valeur absolue, d'une mole d'électrons est : 1 F = NA e.
Par suite Q =
n(e-)F = n(e-)NA e.
n(e-) = Q / (NA e).
Montrer que la masse d’argent métallique m(Agdép ) déposée sur la théière pendant l’électrolyse a pour expression : .
m(Agdép ) = I Dt / (NA e) M(Ag)
n(e-) = Q / (NA e) = I Dt / (NA e).
Ag+ 1(aq) + e = Ag 1 (s)
D'après les nombres stoechiométriques de cette demi-équation, la quantité de matière d'électron est égale à la quantité de matière d'argent déposé.
m(Agdép ) = n(Agdép ) * M(Ag) = n(e-) * M(Ag) ;
m(Agdép ) = I Dt / (NA e) M(Ag)
A.N. m(Agdép ) = 7*35*60 / (6,0 1023*1,6 10-19) *108 = 16,53 ~17 g.
Sur la figure 4, on voit que la théière est suspendue entre deux plaques d’argent jouant le rôle d’anode.
Quel avantage présente ce dispositif pour le dépôt d’argent sur la théière ?
Le dépôt d'argent est uniforme sur toutes les faces de l'objet.







Qualité du dépôt d'argent sur la théière.
Une fois l’électrolyse terminée, l’orfèvre doit appliquer un poinçon. Ce poinçon comporte les chiffres I ou II
selon la qualité de fabrication correspondant à une certaine couche d’argent déposée sur la pièce (figure 6).

Les qualités I ou II dépendent de l’épaisseur moyenne du dépôt d’argent sur l’objet et du type d’objet argenté
comme le montre le tableau ci-dessous :

épaisseur moyenne minimale d'argent en µm

couvert d'usage fréquent
couteaux, fourchettes
couvert d'usage occasionnel
couteaux, fourchettes
plats, théière, timbale
bougeoirs, vases
qualité I
23
19
15
10
qualité II
20
12
9
6

Exprimer le volume V(Agdép) d’argent déposé sur la théière au cours de l’électrolyse en fonction de m(Agdép ) et ρ (Ag).
V(Agdép) = m(Agdép ) / ρ (Ag)
Calculer l’épaisseur moyenne d d’argent déposé sur la théière au cours de l’électrolyse.
d =
V(Agdép) / S = m(Agdép ) / (ρ (Ag) S)
avec :
m(Agdép ) en gramme ; ρ (Ag) en g cm-3 ; S en cm2 et d en cm.
d = 16,53 / ( 10*850 ) =1,94 10-3 cm ~19 µm.
Déduire des données du tableau ci-dessus, le poinçon de l’orfèvre à appliquer sur la théière restaurée.
d est supérieur à 15 µm pour une théière : donc qualité I.







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