II.2.2.Activité B : argumentation de l’inversion de la ddp

D’après l’analyse a priori et pour interpréter la valeur de la ddp après avoir apporté une perturbation au système (Mes, E), les étudiants doivent articuler la concentration des ions Ag+ et l’équation de Nernst : lien (o,G, t). Ensuite ils doivent établir le lien entre le potentiel du système, la ddp mesurée et l’évolution du système ; il s’agit du lien (G, Mes , é).

Pour fournir une réponse correcte du coté du savoir savant, les étudiants doivent articuler les niveaux : (o, G, t, G, Mes , é).

Binôme J&C

J 110 : moi je pense que si on neutralise les ions Ag+ (é) l’équation de la réaction qu’on avait écrit précédemment c’est à dire Cu2+ + 2Ag nous donne Cu + 2 Ag+ (é) ne doit plus être possible (p)

La mise en relation interne du niveau événement reconstruit : (é, é, p) traduit une interprétation et une conclusion qui aboutit au fait que la ddp s’inverse n’est pas que la réaction s’inverse, mais qu’elle ne se passe plus.

Tableau 23  : Niveaux de connaissances mis en jeu dans l’activité B par le binôme J&C
Niveaux de connaissance selon
le savoir savant		 Niveaux de connaissance mis en jeu par J&C
(o, G, t, G, Mes , é) (é, é, p)

En comparant l’analyse à priori à la réponse du binôme J&C, nous remarquons que J&C n’essayent pas d’interpréter la réaction chimique en s’appuyant sur le niveau théorique mais ils articulent simplement la réaction avec le niveau propriété. Le lien entre l’événement réaction chimique et la propriété de la réaction chimique empêche J&C d’expliquer l’évolution du système chimique qui nécessite une articulation plus riches de différents niveaux.

Binôme S & A

Pour S&A la diminution de la ddp est interprétée en se référant à la conduction électrolytique :

S 22 :… alors c’est clair je crois il y a un précipité blanc (E) donc on a moins d’ions Ag+ le nombre de Ag+ a diminué (é) donc il y a un nombre (…) le nombre d’électrons qui traversent le pont salin a diminué (é, t) c’est ça ( ?)

Les niveaux mis en relation sont les suivants : (E, é, é, t) cette mise en relation des niveaux E et é traduit un raisonnement et une interprétation de la diminution de la ddp par la diminution du nombre de Ag+ et par la diminution du nombre d’électrons qui traversent le pont salin.

A 23-25 : on a la concentration de Ag+ a diminué (G, é) parce qu’il y a un précipité (O) quand on fait diminuer la concentration de Ag+ (é) il n’y a plus il n’y a plus d’acide d’ions (é) comme au juste début on n’avait plus d’ions dans la solution (é) qui transportaient les les charges entre les deux solutions (t, é) donc la concentration a diminué donc la concentration a diminué (G, é) d’ou la diminution de la différence de potentiel entre les deux lames(E)

Les niveaux mis en relation sont les suivants  : (G, é, O, é, é, é, t, é, G, é, E)

Tableau 24 : Niveaux de connaissances mis en jeu dans l’activité B par le binôme S&A
Niveaux de connaissance selon
le savoir savant		 Niveaux de connaissance mis en jeu par S&A
(o, G, t, G, Mes , é)
(E, é, é, t)
(G, é,O, é, é, é, t, é, G, é, E)

L’analyse a priori montre que la réponse qui s’approche le plus de la réponse correcte est celle de A modélisée par (G, é,O, é, é, é, t, é, G, é, E). Les niveaux et les relations mis en jeu par A traduisent un raisonnement théorique qui relie la baisse de concentration des ions Ag+ à la diminution de la ddp. Mais la relation entre la concentration des ions Ag+ et la ddp n’est pas explicitée à l’aide du modèle de Nernst, le niveau théorie apparaît pour faire référence à la conduction électrolytique.

Pour fournir une réponse correcte selon le savoir savant, il faut expliciter que la ddp n’est autre que le potentiel du système chimique obéissant au modèle de Nernst et intimement lié à la variation des concentrations. Pour expliquer la baisse de la ddp, A évoque la grandeur concentration et ne la relie pas à l’équation de Nernst mais plutôt à la conduction. Ce raisonnement prend en compte les mêmes niveaux de modélisation qui doivent être mobilisés pour fournir une réponse correcte.

Binôme Y & B

Pour ce binôme le signe négatif de la ddp est observé , mais on va voir que les étudiants n’arrivent pas à accepter l’idée que la réaction puisse se passer dans l’autre sens. Nous retrouvons alors la réponse que la réaction ne se passe plus.

Le cheminement global relatif à la phase d’interprétation est le suivant :

Disparition de Ag+, la réaction n’est plus possible

Y 53 : donc si on si on si on si on a comment dire tué tous les Ag+ dans le compartiment de droite (é) donc avec la précipitation (E) ça va donner donc il n’y a plus de réaction (é)

(é, E, é)  Y conçoit qu’il n’y a plus de réaction après avoir « tuer » tous les ions Ag+.

Ce raisonnement est analogue à celui de J&C pour lequel la réaction « ne doit plus être possible ». Le raisonnement de Y se base sur des événements qu’il ne relie pas au niveau théorique.

Nouvelle différence de potentiel et nouveau couple qui entre en jeu

Y 53 : …donc c’est quoi la nouvelle différence de potentiel qui va qu’on va lire sur le voltmètre ?(G, Mes) donc c’est la différence de potentiel entre entre donc un nouveau couple va entrer en jeu un nouveau couple(G, o) par ce que tout tout le Ag+ dans le compartiment de droite est devenu minoritaire(o, O, é, p) donc le deuxième couple c’est AgCl AgCl est (o) (…)

Les niveaux mis en relation sont les suivants : ( G, Mes, G, o, o, O, é, p, o )

Pour expliquer la ddp négative, Y met en relation cette grandeur avec un objet reconstruit qui est le nouveau couple AgCl/Ag. Ce nouveau couple est mis en jeu par Y pour satisfaire au modèle des potentiels de référence: au lieu de conserver le même couple et de faire évoluer le modèle utilisé vers le modèle de Nernst, Y change de couple pour positionner un nouveau E° sur l’échelle des potentiels de référence et conserver le modèle le plus pauvre.

  • Loi de Nernst et interprétation de la ddp négative

B 54 : on applique la loi de Nernst à cette cette pile Ag+ est devenu minoritaire (t, o, o, p)

Après avoir interprété la ddp négative par la neutralisation de tous les ions Ag+et par l’impossibilité de la réaction, et après avoir mis en jeu un nouveau couple pour faire fonctionner le modèle des potentiels de référence, Y et B appliquent la loi de Nernst pour les couples Ag+/Ag et Cu2+/ Cu, afin de calculer théoriquement la ddp ; ce qui donne une valeur positive due à une erreur de signe (ddp = Eg – Ed )

Suite à ces étape Y&B font recours aux demi équations relatives aux couples AgCl/Ag et Cu2+/ Cu pour expliquer la ddp négative ; ils reprennent alors l’équation de Nernst ce qui donne une ddp négative.

Y 125 : ouai donc E droite moins E de gauche  c’était après on a diminué la concentration de Ag+ donc ce rapport a augmenté et donc le logarithme a augmenté et donc le 0,32 la différence est devenu négative et c’est tout (t, Mnum)

Même en faisant recours à la théorie et en interprétant l’inversion de la ddp à l’aide du modèle de Nernst, Y et B constatent que l’équation de Nernst donne une ddp négative mais n’avancent pas sur cette constatation et n’arrivent pas au fait que la réaction s’inverse.

Tableau 25 : Niveaux de connaissances mis en jeu dans l’activité B par le binôme Y&B
Niveaux de connaissance selon
le savoir savant		 Niveaux de connaissance mis en jeu par Y&B

(o, G, t, G, Mes , é)
(é, E, é)
( G, Mes, G, o, o, O, é, p, o )
(t, o, o, p)
(t, Mnum)

Pour les différentes étapes du raisonnement, nous remarquons que Y&B ont mobilisé un nombre important de niveaux de modélisation et ont fourni un effort cognitif pour expliquer le signe négatif de la ddp. Au début du raisonnement, Y se base sur des événements (é, E, é) qu’il ne relie pas au niveau théorique. Par la suite Y fait le lien ( G, Mes, G, o, o, O, é, p, o ), en se référant à l’analyse a priori, il substitue le niveau théorique correspondant à l’équation de Nernst par l’objet reconstruit : le couple AgCl/Ag. D’après le lien (t, Mnum), nous remarquons que Y utilise l’équation de Nernst seulement pour faire un calcul numérique. A travers l’utilisation du modèle de Nernst, l’objectif de Y&B est de justifier le signe négatif de la ddp, mais ils n’arrivent pas à interpréter ce que représente l’inversion du signe de la ddp au niveau de la réaction chimique correspondante.

Binôme K&F

Contrairement aux trois autres binômes, ce quatrième binôme interprète l’inversion de la ddp par le fait que la réaction chimique « naturelle » s’inverse.

Cette interprétation s’est effectuée après le cheminement suivant :

Inversion de la polarisation de la pile et de la réaction chimique

K, F-24-25 : -0,05 volts on a vu qu’on a pu maanatha (c’es-à-dire) inverser la polarisation de la pile donc inverser la réaction chimique naturelle (Mes, é, é)

K, F-27-30 : précipitation précipitation transformation de Ag+ Ag+/ Ag+ va diminuer ce qui va inverser la polarisation de la pile (E, é, o, é, é)

K&F s’appuient principalement sur les évènements pour montrer qu’il y a eu inversion de la polarisation de la pile ; ils n’explicitent pas de modèles théorique mais ils articulent un ensemble d’évènements. Nous pouvons constater que pour K&F le raisonnement commence par l’articulation d’un ensemble d’évènements.

Application de la loi de Nernst

F-31 : on peut écrire que puisque le potentiel de chaque électrode c’est E + 0,06/ n fois la concentration fois l’activité de l’oxydant sur l’activité du réducteur et on remarque que par exemple pour l’électrode d’argent que c’est que c’est la concentration baisse de l’argent le potentiel va baisser (t, o, G, é, é)

K-38 : on va revenir à l’expérience vers l’expérience on a dit que la réaction ne peut pas se faire dans le sens inverse alors que ici si on change les concentrations on diminue la concentration de Ag+ on remarque que la réaction peut se faire dans le sens c’est à dire le déplacement des électrons peut se faire dans le sens inverse (é, é, é, é, é)

K 56 : donc si E1 diminue et E2 reste constant on remarque que les bornes de la pile pourrons s’inverser donc c’est bien il y a bien correspondance avec l’expérience (t, é)

Tableau 26 : Niveaux de connaissances mis en jeu dans l’activité B par le binôme K&F
Niveaux de connaissance selon
le savoir savant		 Niveaux de connaissance mis en jeu par K&F
(o, G, t, G, Mes , é)
(Mes, é, é)
(E, é, o, é, é)
(t, o, G, é, é)
(é, é, é, é, é)
(t, é)

D’après l’analyse a priori nous remarquons que les niveaux nécessaires pour fournir la bonne réponse sont présents. K&F mobilisent en plus des niveaux d’événement pour expliquer et interpréter l’inversion de la ddp et aussi l’inversion de la réaction et de la conduction. Contrairement aux trois autres, ce quatrième binôme interprète l’inversion de la ddp par le fait que la réaction chimique « naturelle » s’inverse. Mais l’événement inversion de la réaction n’est interprétée qu’après un cheminement et une réflexion théorique à partir de la loi de Nernst et en faisant aussi recours à la précipitation et à la conduction. Le paramètre qui régit l’inversion de la réaction chimique dans ce cas (la concentration) est alors explicité.