Force électromotrice

Lorsque les électrons traversent un fil, ou les ions traversent une solution, ils génèrent de l'électricité. Ce flux d'électrons, ou plus précisément de charge électrique, est défini comme un courant électrique. Mais qu'est-ce qui fait circuler les électrons?

Envisagez une réaction redox entre le cuivre et le zinc. Lorsqu'une électrode de zinc est placée dans une solution d'ions cuivre, les électrons sont transférés d'une substance à une autre. Le Zinc, ayant une plus grande tendance à perdre des électrons, est oxydé en ions zinc, tandis que les ions cuivre sont réduits en cuivre massif.

Dans cette réaction, les électrons passent du zinc au cuivre, mais cette réaction ne génère pas d'électricité. Maintenant, considérons que les réactifs, zinc et cuivre, sont physiquement séparés et connectés via un conducteur externe tel qu'un fil. La tendance des réactifs à gagner ou perdre des électrons persiste encore, ce qui pousse les électrons circuler à travers le fil, qui relie les deux demi-réactions.

Ce flux d'électrons constitue un courant électrique et peut alimenter des appareils électriques tels qu'une ampoule. Le courant électrique est mesuré en ampères. Un ampère équivaut au débit d'un coulomb de charge électrique par seconde, correspondant à 6, 24 10¹⁸ électrons par seconde.

Le flux de courant électrique est semblable à l'eau qui coule dans une cascade. L'eau est entraînée par la différence en énergie potentielle gravitationnelle, tandis que le flux d'électrons est entraîné par la différence de l'énergie potentielle électrique entre les réactifs. Cette différence d'énergie potentielle électrique est décrit par les termes, différence de potentiel, force électromotrice ou potentiel cellulaire.

Le potentiel cellulaire est une mesure de la force motrice entre deux réactifs et la tendance au transfert d'électrons. Le potentiel cellulaire de deux réactifs isolés est mesuré avec un voltmètre, qui est lu en tension cellulaire. Un volt correspond à un joule d'énergie potentielle pour un coulomb de charge électrique.

Un potentiel cellulaire élevé indique une grande force motrice et une plus grande facilité de transfert d'électrons. Enfin, le potentiel cellulaire, ou force électromotrice, dépend de la nature des réactifs, de la température de réaction, et la concentration d'ions présents dans la réaction.