Cellules galvaniques
électrochimie
L’électrochimie est une branche de la chimie qui étudie la relation entre l’énergie électrique et un changement chimique. Ces réactions…
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.
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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.
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Q1: What is the difference between oxidation and reduction in electrochemical reactions?
Oxidation occurs when a substance loses electrons, while reduction occurs when a substance gains electrons. To remember this distinction, use the phrase 'oil rig': oxidation is losing, reduction is gaining. Both processes are essential components of redox reactions that drive electrochemical cells and generate electrical energy.
Q2: What are the four main components of a galvanic cell?
A galvanic cell consists of two metal electrodes immersed in separate electrolyte solutions, a salt bridge connecting the solutions to maintain charge neutrality, and an external circuit through which electrons travel. The salt bridge enables ion flow between solutions while the external circuit allows electron movement, completing the electrochemical pathway.
Q3: How do you determine which electrode is the anode and which is the cathode?
The electrode with the lower standard electrode potential acts as the anode and is oxidized, while the electrode with the higher standard potential acts as the cathode and is reduced. Standard electrode potential measures a metal's tendency to lose electrons. Remember 'red cat': reduction occurs at the cathode, helping distinguish the two electrodes.
Q4: How does the standard electrode potential affect the voltage produced by a galvanic cell?
The voltage produced equals the standard potential of the cathode minus the standard potential of the anode. Metals with similar electrode potentials produce low voltage, while metals with very different potentials produce high voltage. For example, silver and magnesium generate higher voltage than lead and tin due to their greater potential difference.
Q5: What is the role of the salt bridge in a galvanic cell?
The salt bridge connects the two electrolyte solutions and allows ions to flow between them, maintaining electrical neutrality. As oxidation at the anode creates cations, anions travel through the salt bridge to that solution. Conversely, as reduction at the cathode creates anions, cations travel through the salt bridge to maintain charge balance.
Q6: Why do electrons flow from the anode to the cathode in a galvanic cell?
Electrons flow from the anode to the cathode because electrons always travel from the metal with lower standard potential to the metal with greater standard potential. The anode, with lower potential, has a higher tendency to lose electrons during oxidation. These electrons travel through the external circuit to the cathode, where reduction occurs.
Q7: What factors determine the magnitude of current produced in a galvanic cell?
The magnitude of current depends on the types of metal electrodes used and their standard electrode potentials. Metals with nearly equal electrode potentials produce small current, while metals with very different potentials produce large current. The greater the difference in reduction potential between the two metals, the larger the electrical current generated.