Cellules galvaniques

Une réaction électrochimique est un processus dans lequel des électrons sont transférés entre deux substances, l’une perdant des électrons et l’autre en gagnant. Lorsqu’une substance perd des électrons, on dit qu’elle a subi une oxydation ou qu’elle a été oxydée. Lorsqu’il gagne des électrons, on dit qu’il a subi une réduction ou qu’il a été réduit. Pour vous aider à faire la distinction entre les deux, rappelez-vous l’expression « plate-forme pétrolière », qui signifie que l’oxydation est perdante, la réduction est gagnante. Certaines réactions électrochimiques se produisent spontanément, que nous pouvons étudier dans une pile galvanique.

La cellule galvanique est composée de quatre parties principales. Tout d’abord, il y a deux électrodes métalliques, chacune étant immergée dans une solution électrolytique différente. Les solutions sont constituées des ions nécessaires aux demi-réactions, soit la réaction d’oxydation, soit la réaction de réduction, qui se produisent à chaque électrode. Les solutions sont reliées par un pont salin, qui permet la circulation des ions et maintient la neutralité de charge des solutions. Les électrodes sont reliées par un circuit externe, à travers lequel les électrons voyagent au cours de la réaction.

L’anode est l’électrode qui cède des électrons dans la réaction ou qui est oxydée. La cathode est l’électrode qui gagne des électrons et qui est réduite. Pour vous aider à distinguer ces deux étiquettes, rappelez-vous l’expression « chat rouge », car la réduction se produit au niveau de la cathode.

Alors, comment savoir quel métal fait office d’anode et lequel fait office de cathode ? Nous pouvons utiliser le potentiel d’électrode standard du métal, qui est une mesure de la tendance du métal à perdre des électrons. Un potentiel d’électrode plus négatif signifie que le métal a une plus grande tendance à perdre des électrons. Les électrons circulent toujours du métal ayant le potentiel standard le plus faible vers le métal ayant le potentiel standard le plus élevé.

Dans une pile galvanique, les électrons circulent de l’anode à la cathode, donc l’anode est le métal avec le potentiel standard le plus faible, et la cathode est le métal avec le potentiel standard le plus élevé. Lorsque les électrons se déplacent entre les deux électrodes, un potentiel électrique est mesuré. L’amplitude de la tension produite est égale au potentiel standard de la cathode moins le potentiel standard de l’anode.

Ainsi, si deux métaux avec des potentiels d’électrode standard similaires sont utilisés dans la pile galvanique, comme le plomb et l’étain, par exemple, l’amplitude de la tension produite sera faible. Si les métaux ont des potentiels standard différents, comme l’argent et le magnésium, la tension produite sera élevée.

Dans ce laboratoire, vous construirez une cellule galvanique à l’aide de deux électrodes métalliques et mesurerez le potentiel produit lors des réactions d’oxydation et de réduction. Vous identifierez ensuite les électrodes métalliques inconnues à l'aide de potentiels standard connus et déterminerez l'amplitude de la tension produite.