L'électrochimie est le domaine de la chimie qui étudie les réactions impliquant le transfert d'électrons et l'interconversion de l'énergie chimique en énergie électrique.
L'électrochimie est appliquée à la fabrication de nombreux appareils utilisés dans notre vie quotidienne, tels que les batteries, les téléphones portables, les lampes de poche, les ordinateurs et les calculatrices.
Réactions d'oxydation
En électrochimie, les réactions étudiées sont celles de redox. Ils se caractérisent par la perte et le gain de électrons. Cela signifie que le transfert d'électrons d'une espèce à l'autre.
Comme son nom l'indique, les réactions d'oxydoréduction se déroulent en deux étapes :
- Oxydation: Perte d'électrons. L'élément qui provoque l'oxydation est appelé agent oxydant.
- Réduction: Gain d'électrons. L'élément qui provoque la réduction s'appelle l'agent réducteur.
Cependant, pour savoir qui gagne et qui perd des électrons, vous devez connaître les indices d'oxydation des éléments. Voir cet exemple redox :
Zn(s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)
L'élément zinc (Zn2+) est oxydé en perdant deux électrons. Dans le même temps, il a provoqué la réduction de l'ion hydrogène. C'est donc l'agent réducteur.
L'ion (H)+) gagne un électron, subissant une réduction. En conséquence, il a provoqué l'oxydation du zinc. C'est l'agent oxydant.
en savoir plus sur Oxydation.
Piles et électrolyse
L'étude de l'électrochimie comprend les batteries et l'électrolyse. La différence entre les deux processus est la transformation de l'énergie.
- LES la cellule convertit l'énergie chimique en énergie électrique, spontanément.
- LES l'électrolyse convertit l'énergie électrique en énergie chimique, donc pas spontanément.
en savoir plus sur Énergie.
Piles
La cellule, également appelée cellule électrochimique, est un système où se déroule la réaction d'oxydoréduction. Il est composé de deux électrodes et d'un électrolyte, qui produisent ensemble électricité. Si nous connectons deux ou plusieurs batteries ensemble, une batterie se forme.
L'électrode est la surface conductrice solide qui permet l'échange d'électrons.
- L'électrode dans laquelle se produit l'oxydation s'appelle l'anode, représentant le pôle négatif de la batterie.
- L'électrode sur laquelle s'effectue la réduction est la cathode, le pôle positif de la batterie.
Les électrons sont libérés à l'anode et suivent un fil conducteur jusqu'à la cathode, où la réduction se produit. Ainsi, le flux d'électrons passe de l'anode à la cathode.
L'électrolyte ou pont salin est la solution électrolytique qui conduit les électrons, permettant leur circulation dans le système.
En 1836, John Fredric Daniell a construit un système qui est devenu connu sous le nom de Daniell Pile. Il a interconnecté, avec un fil métallique, deux électrodes.
Une électrode se composait d'une plaque de zinc métallique, immergée dans une solution aqueuse de sulfate de zinc (ZnSO4), représentant l'anode.
L'autre électrode était constituée d'une plaque de cuivre métallique (Cu), immergée dans une solution de sulfate de cuivre (CuSO4), représentait la cathode.
A la cathode, une réduction du cuivre se produit. Pendant ce temps, dans l'anode, l'oxydation du zinc a lieu. Selon la réaction chimique suivante :
Cathode: cul2+(aq) + 2e- | → Cu0(s)|
anode: Zn0(s) | → Zn2(aq) + 2e-|
Équation générale: Zn0(s) + Cu2+(aq) | → Cu0(s) + Zn2+(aq)|
Le " | " représente les différences de phase entre les réactifs et les produits.
Électrolyse
LES électrolyse c'est la réaction d'oxydoréduction qui se produit de manière non spontanée, provoquée par le passage d'un courant électrique provenant d'une source externe.
L'électrolyse peut être ignée ou aqueuse.
L'électrolyse ignée est celle qui est traitée à partir d'un électrolyte fondu, c'est-à-dire par le processus de fusion.
En électrolyse aqueuse, le solvant ionisant utilisé est l'eau. En solution aqueuse, l'électrolyse peut être réalisée avec des électrodes inertes ou des électrodes actives (ou réactives).
applications
L'électrochimie est très présente dans notre quotidien. Quelques exemples sont:
- Réactions dans le corps humain;
- Fabrication de divers appareils électroniques;
- Charge de batteries;
- Galvanoplastie: revêtement de pièces en fer et en acier avec du zinc métallique ;
- Divers types d'applications dans l'industrie chimique.
La rouille dans les métaux est formée par l'oxydation du fer métallique (Fe) en cation fer (Fe2+) en présence d'air et d'eau. On peut considérer la rouille comme un type de corrosion électrochimique. Le revêtement en zinc métallique, grâce au procédé de galvanoplastie, empêche le fer d'entrer en contact avec l'air.
Des exercices
1. (FUVEST) - I et II sont des équations de réactions qui se produisent spontanément dans l'eau, au sens indiqué, dans des conditions standard.
JE. Fe + Pb2+ → Fe+2 + Pb
II. Zn + Fe2+ → Zn2+ + Fe
En analysant de telles réactions, seules ou ensemble, on peut dire que, dans des conditions standard,
a) les électrons sont transférés de Pb2+ pour Fe.
b) une réaction spontanée doit se produire entre Pb et Zn2+.
c) Zn2+ doit être meilleur oxydant que Fe2+ .
d) Zn doit réduire spontanément Pb2+ à Pb.
e) Zn2+ doit être meilleur oxydant que Pb2+.
d) Zn doit réduire spontanément Pb2+ à Pb.
2. (Unip) Les objets en fer ou en acier peuvent être protégés de la corrosion de plusieurs manières :
I) Recouvrir la surface d'une couche protectrice.
II) Mettre l'objet en contact avec un métal plus actif tel que le zinc.
III) Mettre l'objet en contact avec un métal moins actif tel que le cuivre.
Sont corrects:
a) seulement moi.
b) seulement II.
c) seulement III.
d) seulement I et II.
e) seulement I et III
d) seulement I et II.
3. (Fuvest) Dans un tas du type que l'on trouve couramment dans les supermarchés, le pôle négatif est constitué par le revêtement extérieur de zinc. La semi-réaction qui permet au zinc de fonctionner comme un pôle négatif est :
a) Zn+ + et- → Zn
b) Zn2+ + 2e- → Zn
c) Zn → Zn+ + et-
d) Zn → Zn2+ + 2e
e) Zn2+ + Zn → 2Zn+
d) Zn → Zn2+ + 2e
