L' anode et la cathode sont les types d'électrodes que l'on trouve dans les cellules électrochimiques. Ce sont des appareils capables de produire de l'énergie électrique par réaction chimique. Les cellules électrochimiques les plus utilisées sont les batteries.
Il existe deux types de cellules électrochimiques, les cellules électrolytiques et les cellules galvaniques ou voltaïques. Dans les cellules électrolytiques, la réaction chimique qui produit de l'énergie ne se produit pas spontanément, mais le courant électrique se transforme en réaction chimique d'oxydo-réduction.
La cellule galvanique est composée de deux demi-cellules. Ceux-ci sont reliés par deux éléments, un conducteur métallique et un pont salin.
Le conducteur électrique, comme son nom l'indique, conduit l'électricité car il a très peu de résistance au mouvement de la charge électrique. Les meilleurs conducteurs sont généralement en métal.
Le pont de sel est un tube qui relie les deux demi-cellules, tout en maintenant leur contact électrique, et sans laisser les composants de chaque cellule se rejoindre.Chaque demi-cellule de la cellule galvanique contient une électrode et un électrolyte.
Lorsque la réaction chimique a lieu, l'une des demi-cellules perd des électrons vers son électrode, par le processus d'oxydation; tandis que l'autre gagne des électrons pour son électrode, grâce au processus de réduction.
Les processus d'oxydation se produisent à l'anode et les processus de réduction à la cathode
Anode
Le nom de l'anode vient du grec ανά (aná): vers le haut, et οδός (odós): chemin. Faraday est celui qui a inventé ce terme au 19ème siècle.
La meilleure définition de l'anode est l'électrode qui perd des électrons dans une réaction d'oxydation. Il est normalement lié au pôle positif du transit du courant électrique, mais ce n'est pas toujours le cas.
Bien que dans les batteries, l'anode soit le pôle positif, dans les lampes à LED, c'est le contraire, l'anode étant le pôle négatif.
Normalement, la direction du courant électrique est définie, en l'appréciant comme une direction de charges libres, mais si le conducteur n'est pas métallique, les charges positives qui sont produites sont transférées au conducteur externe.
Ce mouvement implique que nous avons des charges positives et négatives qui se déplacent dans des directions opposées, on dit donc que la direction du courant est le chemin des charges positives des cations qui sont dans l'anode vers la charge négative des anodes trouvé sur la cathode.
Dans les cellules galvaniques, ayant un conducteur métallique, le courant généré dans la réaction suit le chemin du pôle positif au pôle négatif.
Mais dans les cellules électrolytiques, comme elles n'ont pas de conducteur métallique, mais plutôt un électrolyte, on peut trouver des ions à charge positive et négative qui se déplacent dans des directions opposées.
Les anodes thermioniques reçoivent la plupart des électrons provenant de la cathode, chauffent l'anode et doivent trouver un moyen de la dissiper. Cette chaleur est générée dans la tension qui se produit entre les électrons.
Anodes spéciales
Il existe un type particulier d'anode, comme celles que l'on trouve à l'intérieur des rayons X. Dans ces tubes, l'énergie produite par les électrons, en plus de produire des rayons X, génère une grande énergie qui chauffe l'anode.
Cette chaleur est produite à la tension différente entre les deux électrodes, ce qui exerce une pression sur les électrons. Lorsque les électrons se déplacent dans le courant électrique, ils se heurtent à l'anode, lui transmettant leur chaleur.
Cathode
La cathode est l'électrode à charge négative qui, dans la réaction chimique, subit une réaction de réduction, où son état d'oxydation est réduit lorsqu'elle reçoit des électrons.
Comme pour l'anode, c'est Faraday qui a suggéré le terme cathode qui vient du grec κατά: «vers le bas», et ὁδός: «chemin». À cette électrode, la charge négative a été attribuée au fil du temps.
Cette approche s'est avérée fausse, car selon l'appareil dans lequel il se trouve, il a une charge ou une autre.
Cette relation avec le pôle négatif, comme avec l'anode, découle de l'hypothèse que le courant circule du pôle positif vers le pôle négatif. Cela se produit dans une cellule galvanique.
A l'intérieur des cellules électrolytiques, le milieu de transfert d'énergie, n'étant pas dans un métal mais dans un électrolyte, peuvent coexister des ions négatifs et positifs qui se déplacent dans des directions opposées. Mais par convention, on dit que le courant va de l'anode à la cathode.
Cathodes spéciales
Un type de cathodes spécifiques sont les cathodes thermioniques. Dans ceux-ci, la cathode émet des électrons sous l'effet de la chaleur.
Dans les vannes thermo-ioniques, la cathode peut se chauffer en faisant circuler un courant de chauffage dans un filament qui lui est attaché.
Réaction d'équilibre
Si nous prenons une cellule galvanique, qui est la cellule électrochimique la plus courante, nous pouvons formuler la réaction d'équilibre qui est générée.
Chaque demi-cellule qui compose la cellule galvanique a une tension caractéristique connue sous le nom de potentiel de réduction. Au sein de chaque demi-cellule, une réaction d'oxydation se produit entre les différents ions.
Lorsque cette réaction atteint l'équilibre, la cellule ne peut plus fournir de tension. A ce moment, l'oxydation qui a lieu dans la demi-cellule à ce moment aura une valeur positive plus elle sera proche de l'équilibre. Le potentiel de la réaction sera d'autant plus grand que l'équilibre sera atteint.
Lorsque l'anode est en équilibre, elle commence à perdre des électrons qui traversent le conducteur jusqu'à la cathode.
La réaction de réduction se déroule au niveau de la cathode, plus elle est éloignée de l'équilibre, plus la réaction aura de potentiel lorsqu'elle se produira et prendra les électrons qui proviennent de l'anode.
Références
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