Électrolyse

Réactions rédox spontanées dans les cellules voltaïques convertissent l'énergie chimique en énergie électrique. Par ailleurs, l'énergie électrique externe entraîne des réactions redox non spontanées dans un processus appelé électrolyse, qui se déroule dans une cellule électrolytique. Une cellule électrolytique a une anode pour l'oxydation et une cathode pour la réduction.

Cependant, contrairement à la cellule voltaïque, où l'anode chargée négativement est la source d'électrons, la cellule électrolytique a une source externe d'électrons comme une batterie. La batterie tire des électrons de l'anode connectée à sa borne positive et entraîne des électrons vers la cathode, qui est connectée à sa borne négative. Ainsi les électrons s'écoulent du positif à la borne négative de la source d'alimentation externe.

L'électrolyse est utilisée pour séparer les composés ioniques en leurs éléments constitutifs. A leur état fondu ou aqueux, les ions constitutifs sont libres de conduire l'électricité. Considérez le bromure de potassium qui fond à une température de 734 C.Ici, les ions bromure et potassium sont présents à leur état d'oxydation le plus bas ou le plus élevé, respectivement.

Sous tension, les ions bromure sont oxydé en brome gazeux à l'anode, et les ions potassium sont réduits en potassium solide à la cathode. Dans les mélanges ioniques fondus comme l'iodure de sodium et le bromure de potassium, potentiels d'électrode standard sont utilisés pour anticiper la réaction d'une substance. Généralement, les anions avec un potentiel d'électrode plus faible sont oxydés, et les cations avec une électrode potentiel plus positive est réduit.

Il est intéressant de noter que l'électrolyse du bromure de potassium aqueux donne des produits différents des sels fondus en raison de l'éventuelle électrolyse de l'eau. Ainsi, deux réactions pourraient se produire au niveau de chaque électrode;l'oxydation des ions bromure ou de l'eau à l'anode et la réduction des ions potassium ou de l'eau à la cathode. Compte tenu du potentiel d'électrode inférieur, oxydation des ions bromure en brome est favorisée, tandis que le potentiel d'électrode plus positif de l'eau entraîne la réduction en hydrogène gazeux.

La Stoechiométrie des demi-réactions peut être utilisée pour calculer la quantité de substances produites ou consommée lors de l'électrolyse. Par exemple, l'électrolyse du bromure de potassium fondu utilise un électron pour former un atome de potassium. Ainsi, pour chaque mole d'électrons ou 96485 coulombs de charge passée à travers la cellule produit une mole ou près de 39 grammes de potassium solide.