CELLULE ÉLECTROLYTIQUE: PIÈCES, FONCTIONNEMENT ET APPLICATIONS - CHIMIE - 2025

La cellule électrolytique est un milieu dans lequel l'énergie ou un courant électrique est utilisé pour effectuer une réaction de réduction d'oxyde non spontanée. Il se compose de deux électrodes: l'anode et la cathode.

À l'anode (+), une oxydation se produit, car à ce site, certains éléments ou composés perdent des électrons; tandis que dans la cathode (-), la réduction, car en elle certains éléments ou composés gagnent des électrons.

Source: Par RodEz2, de Wikimedia Commons

Dans la cellule électrolytique, la décomposition de certaines substances, auparavant ionisées, se produit par un processus appelé électrolyse.

L'application du courant électrique produit une orientation dans le mouvement des ions dans la cellule électrolytique. Les ions chargés positivement (cations) migrent vers la cathode de charge (-).

Pendant ce temps, les ions chargés négativement (anions) migrent vers l'anode chargée (+). Ce transfert de charge constitue un courant électrique (image du haut). Dans ce cas, le courant électrique est conduit par des solutions d'électrolytes, présentes dans le récipient de la cellule électrolytique.

La loi d'électrolyse de Faraday stipule que la quantité de substance qui subit une oxydation ou une réduction à chaque électrode est directement proportionnelle à la quantité d'électricité qui passe à travers la cellule ou la cellule.

les pièces

Une cellule électrolytique est constituée d'un récipient où se dépose le matériau qui subira les réactions induites par la charge électrique.

Le conteneur a une paire d'électrodes qui sont connectées à une batterie à courant continu. Les électrodes habituellement utilisées sont constituées d'un matériau inerte, c'est-à-dire qu'elles ne participent pas aux réactions.

Un ampèremètre peut être connecté en série avec la batterie pour mesurer l'intensité du courant traversant la solution électrolytique. De plus, un voltmètre est placé en parallèle pour mesurer la différence de tension entre la paire d'électrodes.

Comment fonctionne une cellule électrolytique?

Electrolyse du chlorure de sodium fondu

Le chlorure de sodium fondu est préféré au chlorure de sodium solide, car ce dernier ne conduit pas l'électricité. Les ions vibrent dans vos cristaux, mais ils ne sont pas libres de se déplacer.

Réaction cathodique

Des électrodes en graphite, un matériau inerte, sont connectées aux bornes de la batterie. Une électrode est connectée à la borne positive de la batterie, constituant l'anode (+).

Pendant ce temps, l'autre électrode est connectée à la borne négative de la batterie, constituant la cathode (-). Lorsque le courant circule de la batterie, ce qui suit est observé:

Dans la cathode (-), il y a une réduction de l'ion Na ⁺, qui lors de l'obtention d'un électron se transforme en Na métallique:

Na ⁺ + e ^- => Na (l)

Le sodium métallique blanc argenté flotte au-dessus du chlorure de sodium fondu.

Réaction anodique

Au contraire, dans l'anode (+) l'oxydation de l'ion Cl ^- se produit, car il perd des électrons et se transforme en chlore gazeux (Cl ₂), un processus qui se manifeste par l'apparition dans l'anode d'un gaz de couleur vert pâle. La réaction qui se produit à l'anode peut être décrite comme suit:

2Cl ^- => Cl ₂ (g) + 2 e ^-

La formation de gaz métalliques Na et Cl ₂ à partir de NaCl n'est pas un processus spontané, nécessitant des températures supérieures à 800 ° C pour se produire. Le courant électrique fournit l'énergie pour que la transformation indiquée ait lieu au niveau des électrodes de la cellule électrolytique.

Les électrons sont consommés à la cathode (-) dans le processus de réduction et sont produits à l'anode (+) pendant l'oxydation. Par conséquent, les électrons circulent à travers le circuit externe de la cellule électrolytique de l'anode à la cathode.

La batterie à courant continu fournit l'énergie pour que les électrons circulent de manière non spontanée de l'anode (+) à la cathode (-).

Down Cell

La cellule Down est une adaptation de la cellule électrolytique décrite et utilisée pour la production industrielle de Na métallique et de chlore gazeux.

La cellule électrolytique de Down possède des dispositifs qui permettent la collecte, séparément, du sodium métallique et du chlore gazeux. Cette méthode de production de sodium métallique est encore très pratique.

Une fois libéré par électrolyse, le sodium métallique liquide est drainé, refroidi et découpé en blocs. Plus tard, il est stocké dans un milieu inerte, car le sodium peut réagir de manière explosive au contact de l'eau ou de l'oxygène atmosphérique.

Le chlore gazeux est produit dans l'industrie principalement par électrolyse du chlorure de sodium dans un procédé moins coûteux que la production de sodium métallique.

Applications

Synthèses industrielles

-Dans l'industrie, les cellules électrolytiques sont utilisées dans l'électro-affinage et la galvanoplastie de divers métaux non ferreux. La quasi-totalité de l'aluminium, du cuivre, du zinc et du plomb de haute pureté sont produits industriellement dans des cellules électrolytiques.

-L'hydrogène est produit par électrolyse de l'eau. Cette procédure chimique est également utilisée pour obtenir de l'eau lourde (D ₂ O).

-Les métaux tels que Na, K et Mg sont obtenus par électrolyse d'électrolytes fondus. En outre, les non-métaux comme les fluorures et les chlorures sont obtenus par électrolyse. En outre, des composés tels que NaOH, KOH, Na ₂ CO ₃ et KMnO ₄ sont synthétisés par le même mode opératoire.

Revêtement et affinage des métaux

-Le processus de revêtement d'un métal inférieur avec un métal de qualité supérieure est connu sous le nom de galvanoplastie. Le but de ceci est d'empêcher la corrosion du métal inférieur et de le rendre plus attrayant. Les cellules électrolytiques sont utilisées dans la galvanoplastie à cet effet.

-Les métaux impurs peuvent être raffinés par électrolyse. Dans le cas du cuivre, des feuilles de métal très fines sont placées sur la cathode et de grandes tiges de cuivre impur à affiner sur l'anode.

-L'utilisation d'articles plaqués est courante dans la société. Les bijoux et la vaisselle sont généralement en argent; l'or est électrodéposé sur les bijoux et les contacts électriques. De nombreux objets sont recouverts de cuivre à des fins décoratives.

-Les voitures ont des ailes en acier chromé et d'autres pièces. Le chromage d'un pare-chocs de voiture ne prend que 3 secondes d'électrodéposition de chrome pour produire une surface brillante de 0,0002 mm d'épaisseur.

-L'électrodéposition rapide du métal produit des surfaces noires et rugueuses. Une électrodéposition lente produit des surfaces lisses. Les "boîtes de conserve" sont en acier recouvert d'étain par électrolyse. Parfois, ces boîtes sont chromées en une fraction de seconde avec l'épaisseur de la couche de chrome extrêmement mince.

Références

1. Whitten, Davis, Peck et Stanley. Chimie. (8e éd.). Apprentissage CENGAGE.
2. eMedical Prep. (2018). Applications de l'électrolyse. Récupéré de: emedicalprep.com
3. Wikipédia. (2018). Cellule électrolytique. Récupéré de: en.wikipedia.org
4. Professeur Shapley P. (2012). Cellules galvaniques et électrolytiques. Récupéré de: butane.chem.uiuc.edu
5. Web de recherche Bodner. (sf). Cellules électrolytiques. Récupéré de: chemed.chem.purdue.edu