Cellules électrolytiques

Les réactions électrochimiques sont essentielles à de nombreux processus de la technologie et du corps humain et impliquent le transfert d’électrons d’une espèce chimique à une autre. Ces réactions sont appelées réactions de réduction-oxydation ou réactions d’oxydoréduction.

Lorsqu’une espèce perd des électrons, elle subit une oxydation, et on dit qu’elle est oxydée. Lorsqu’une espèce gagne des électrons, elle a subi une réduction, et on dit qu’elle est réduite. Dans une pile galvanique électrochimique, des réactions d’oxydoréduction se produisent spontanément, qui génèrent de l’énergie électrique. Cependant, dans une cellule électrolytique, de l’énergie électrique est appliquée, ce qui provoque les réactions d’oxydoréduction.

Une cellule électrolytique est constituée d’une solution réactionnelle appelée électrolyte, qui contient toutes les espèces chimiques oxydées ou réduites ainsi que les ions nécessaires pour permettre la circulation des électrons. La pile électrolytique comporte deux électrodes métalliques qui sont immergées dans la solution électrolytique. Un circuit externe relie les deux électrodes, ce qui complète le circuit et nous permet d’appliquer une tension ou un courant.

Le courant ou la tension appliquée est ce qui provoque la réaction électrochimique. La demi-réaction d’oxydation se produit au niveau de l’anode et la demi-réaction de réduction se produit au niveau de la cathode. Pour vous aider à faire la différence entre les deux, rappelez-vous l'expression « chat rouge », qui signifie « réduction à la cathode ».

Mais comment déterminer quelle électrode est laquelle ? Nous pouvons utiliser le potentiel de réduction standard des électrodes métalliques, qui est une mesure de la tendance du métal à perdre des électrons. Plus le potentiel de réduction est élevé, plus il est probable que le métal soit réduit.

Disons que nous plaçons une électrode d'argent et une électrode de cuivre dans une cellule d'électrolyse et que nous appliquons du courant. L’électrode d’argent a un potentiel de réduction plus élevé, elle est donc réduite et agit comme la cathode. L’électrode de cuivre a un potentiel de réduction plus faible, elle est donc oxydée et agit comme l’anode.

L’une des utilisations des cellules électrolytiques est d’effectuer la galvanoplastie, qui est une réaction où un métal est oxydé puis réduit à la surface d’un autre métal. Étant donné que l’anode est le métal qui effectue le placage, dans notre exemple d’argent et de cuivre, l’électrode d’argent est plaquée d’une fine couche de cuivre.

Dans cet atelier, vous allez assembler une cellule électrolytique et effectuer le processus de galvanoplastie en plaquant une clé en laiton avec du cuivre.