Cellules électrolytiques

Les cellules électrolytiques sont un dispositif électrochimique pour stimuler les réactions d'oxyde non spontanées à travers l'électricité

Que sont les cellules électrolytiques?

Le cellules électrolytiques Ce sont des dispositifs utilisés pour stimuler les réactions chimiques de la réduction non spontanée au moyen de l'utilisation de l'électricité. En d'autres termes, ce sont des cellules dans lesquelles le processus d'électrolyse est effectué, et donc son nom.

C'est un type particulier de cellules électrochimiques. Cela signifie que ce sont des dispositifs dans lesquels les espèces qui oxydent et celle qui est réduite ne sont pas en contact direct, mais se trouvent dans différents compartiments ou réagissent dans des électrodes physiquement séparées.

Pour cette raison, l'échange d'électrons entre les espèces oxydantes et réducteurs ne se produit pas directement, mais par un conducteur externe.

Dans le cas où la réaction redox se produit spontanément, c'est-à-dire sans l'aide d'une source d'énergie externe, nous parlons des cellules galvaniques.

Un exemple est une batterie de voiture. D'un autre côté, si la réaction nécessite une source d'énergie externe, c'est une cellule électrolytique.

Fonctionnement des cellules électrolytiques

Chaque cellule électrolytique est formée par certains éléments de base qui sont:

• Deux électrodes appelées anode et cathode.
• Une solution de la substance que nous avons l'intention de soumettre à l'électrolyse ou, à défaut, cette même substance à l'état liquide (par exemple, un sel fondu).
• Conducteurs électriques.
• Une source d'alimentation électrique.

Le processus est effectué pour les réactions qui, dans des conditions normales, ne sont pas spontanées. Cela signifie qu'il s'agit de réduction des réactions de rouille dont le potentiel cellulaire, étant donné les concentrations de l'espèce et les conditions de température et de pression, est négative.

Cela implique que les électrons n'ont pas tendance à passer de l'espèce que nous voulons oxyder vers laquelle nous voulons réduire, mais plutôt dans la direction opposée. En appliquant une tension externe du signe opposé, nous pouvons investir le signe du potentiel cellulaire, forçant la réaction à se produire.

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Comme toute réaction redox, l'électrolyse se produit sous la forme de deux semi-réactions qui se produisent séparément dans les deux électrodes. Ceux-ci sont appelés cathode et anode.

La cathode

La cathode est l'électrode connectée au pôle négatif de la source d'énergie, et c'est là que la semi-réaction de réduction se produit. C'est aussi l'électrode à laquelle les ions positifs sont dirigés pendant l'électrolyse. En fait, c'est de là que vient le nom des cations.

Lors de la représentation du processus d'électrolyse sous la forme d'un diagramme cellulaire, le semi-lumière de réduction qui se produit dans la cathode est toujours placé sur le côté droit.

L'anode

L'anode est l'électrode opposée à la cathode. C'est-à-dire que c'est l'électrode connectée à la puissance positive de la source d'énergie et dans laquelle semi-lumière d'oxydation se produit. C'est aussi l'endroit à laquelle les ions avec charge négative (les anions) sont dirigés et sont toujours représentés sur le côté gauche du diagramme cellulaire.

Débit électronique dans les cellules électrolytiques

Lorsque les électrodes sont connectées aux pôles opposés d'une source d'énergie qui possède un potentiel suffisant, le circuit se ferme et un courant électrique est généré. Ce courant commence à l'anode, où les espèces réductrices oxydent et perdent les électrons.

Ces électrons traversent le conducteur électrique, entraîné par la différence de potentiel jusqu'à atteindre la cathode. Une fois à la surface de la cathode, les électrons passent aux espèces oxydantes, la réduisant et terminant la réaction redox.

Pour que le flux d'électricité puisse continuer, les ions dans la solution ou le sel fondu se déplacent d'une électrode à l'autre. Les cations coulent vers la cathode et les anions vers l'anode.

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Bien qu'ils semblent être deux courants dans des directions opposées, en réalité, les deux courants vont dans la même direction. En effet, les porteurs de charge qui se déplacent dans des directions opposées ont également des charges opposées.

Types de cellules électrolytiques

Cellules électrolytiques d'une solution aqueuse

Ce sont les cellules les plus courantes. Ils se composent simplement de deux électrodes de métal inerte immergé dans une solution de sel aqueuse que nous voulons soumettre à l'électrolyse.

Ils ne servent qu'à réduire les espèces qui ont un potentiel de réduction plus positif que l'hydrogène, à condition que le pH soit neutre.

D'un autre côté, ils ne servent qu'à oxyder les espèces qui ont un potentiel d'oxydation supérieur à celle de l'eau, sauf l'oxygène.

Cellules électrolytiques des sels fondues

Dans les cas où l'espèce que nous voulons. Cela nécessite une cellule spéciale, comme la cellule de Downs.

Applications de cellules électrolytiques

Les cellules électrolytiques sont d'une grande importance dans l'industrie. Certaines des applications les plus importantes sont:

Stockage d'Energie

L'électrolyse permet de convertir l'énergie potentielle électrique en énergie chimique potentielle. Les espèces réduites et oxydées pendant le processus d'électrolyse deviennent de nouvelles espèces capables de réagir spontanément, libérant à nouveau l'énergie inversée.

Production d'halogènes élémentaires

Les halogènes sont d'une grande importance industrielle. Cependant, ils ne sont pas dans la nature élémentaire, car ils sont des substances oxydant très réactives. Pour cette raison, de nombreux halogènes ne peuvent se produire que par électrolyse.

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Production de métaux purs

On peut en dire autant des halogènes des métaux les plus réactifs du tableau périodique. Des éléments tels que les métaux alcalins et en cuivre ne peuvent être obtenus qu'en électrolyse des sels fondus et des solutions aqueuses.

Exemples de cellules électrolytiques dans la vie quotidienne

Electrolyse de fluor de sodium

L'électrolyse de fluorure de sodium en fusion de sodium est utilisée industriellement pour la production de sodium élémentaire et de fluor. Le fluor peut ensuite être utilisé pour obtenir d'autres halogènes moins réactifs.

Electrolyse de nitrate de cuivre

Dans la production industrielle de cuivre, ceci est obtenu par l'électrolyse des solutions aqueuses de ses sels. De plus, le cuivre est également purifié par électrolyse, l'oxydant et la dissolution d'une électrode et le déposant dans l'autre.

Électrolyse de l'eau

L'électrolyse d'une solution aqueuse d'acide sulfurique décompose l'oxygène et l'eau d'hydrogène et est l'un des moyens les plus faciles d'obtenir ce dernier élément sous forme pure.

Les références

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2. Ecuré (s. F.). Cellule électrolytique. Pris de Ecured.Cu.
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4. Arrêter p., Toi. (2021). Qu'est-ce qu'une cellule électrolytique? Pris du Yubrain.com.