Electrolyse

ÔĽŅ
Electrolyse

√Člectrolyse

Représentation symbolique d'un électrolyseur dans un circuit

L'√©lectrolyse est une m√©thode qui permet de r√©aliser des r√©actions chimiques gr√Ęce √† une activation √©lectrique. C'est le processus de conversion de l'√©nergie √©lectrique en √©nergie chimique. Elle permet par ailleurs, dans l'industrie chimique, la s√©paration d'√©l√©ments ou la synth√®se de compos√©s chimiques. La premi√®re √©lectrolyse (√©lectrolyse de l'eau) a √©t√© r√©alis√©e le 2 mai 1800 par deux chimistes britanniques, William Nicholson (1753-1815) et Sir Anthony Carlisle (1768-1842), quelques jours apr√®s l'invention de la premi√®re pile √©lectrique (publication soumise le 20 mars 1800 dans une lettre en fran√ßais au pr√©sident de la Royal Society, Joseph Banks) par Alessandro Volta et gr√Ęce √† celle-ci.

Sommaire

Principe

Schémas de la synthèse d'hydrogène et d'oxygène par électrolyse de l'eau

La matière à décomposer ou à transférer est dissoute dans un solvant approprié, ou fondue de sorte que ses ions constitutifs soient disponibles dans la solution.

  • Une diff√©rence de potentiel √©lectrique est appliqu√©e entre deux √©lectrodes immerg√©es dans cette solution.
  • La cathode est le si√®ge d'une r√©duction et, l'anode le si√®ge d'une oxydation. (Le potentiel de l'anode √©tant sup√©rieur -ou √©gal dans une pile court circuit√©e- au potentiel de la cathode on peut dire que l'anode est la borne positive et la cathode la borne n√©gative; attention c'est l'inverse avec les piles !)
  • Lors du passage d'un courant √©lectrique continu, les √©lectrodes attirent √† elles les ions de charge oppos√©e. Mais il est faux de dire que l'√©lectrolyse se r√©sume √† l'oxydation des anions √† l'anode et √† la r√©duction des cations √† la cathode. En effet, il est aussi possible d'oxyder des cations √† l'anode. Par exemple :
\mathrm{Fe^{2+}_{aq} \longrightarrow  \ Fe^{3+}_{aq} +  \ e^- }

ou de r√©duire des anions √† la cathode, par exemple hexacyanoferrate(III) donne hexacyanoferrate (II) :

\mathrm{Fe(CN)_6^{3-} + \ e^-  \longrightarrow  \ Fe(CN)_6^{4-} } .

De même, des molécules neutres peuvent réagir aux électrodes; par exemple la para-quinone est réduite en para-dihydroquinone:

P-Benzochinon.svg \mathrm{+ \ 2 e^- + \ 2 H^+   \longrightarrow  \  } Hydroquinone.svg

Cela est possible car le transport des esp√®ces √† l'√©lectrode peut se faire par trois m√©canismes diff√©rents : par migration qui entraine le d√©placement des esp√®ces chimiques charg√©es (ions) dans le champ √©lectrique au sein de la cellule d'√©lectrolyse, par diffusion qui concerne toutes les esp√®ces chimiques pour lequel il existe un gradient de concentration et par convection naturelle ou forc√©e selon que l'agitation de la solution est due √† l'agitation thermique ou √† une agitation m√©canique.

Applications

Production de dihydrogène par électrolyse de l'eau

Article d√©taill√© : √Člectrolyse de l'eau.
Schéma du voltamètre d'Hoffmann utilisé pour l'électrolyse de l'eau.

L'électrolyse peut être utilisée pour décomposer l'eau (H2O) en dihydrogène (H2) et en dioxygène (O2).

R√©actions :

  • Oxydation √† l'anode (reli√©e au p√īle + du g√©n√©rateur) :
\begin{matrix} & \\ 2\,\mbox{H}_2\mbox{O (liquide)}& \overrightarrow{\qquad} & \mbox{O}_2 \mbox{ (gaz)} + 4\,\mbox{H}^+\mbox{ (aqueux)} + 4\,e^-\   \\\end{matrix}
  • R√©duction √† la cathode (reli√©e au p√īle - du g√©n√©rateur) :
\begin{matrix} & \\ 4\,\mbox{H}_2\mbox{O (liquide)} + 4\,e^-\overrightarrow{\qquad} & 2\,\mbox{H}_2 \mbox{ (gaz)} + 4\,\mbox{OH}^-\mbox{ (aqueux)} \   \\\end{matrix}
  • Globalement, nous avons :
\begin{matrix} & \\ 2\,\mbox{H}_2\mbox{O (liquide)}\overrightarrow{\qquad} & 2\,\mbox{H}_2 \mbox{ (gaz)} + \mbox{O}_2\mbox{ (gaz)} \   \\\end{matrix}

N√©anmoins, si cette m√©thode est efficace (rendement Faraday de 90 % en solution alcaline), elle n'est pas la moins ch√®re pour produire du dioxyg√®ne et du dihydrog√®ne industriellement. On pr√©f√®re souvent extraire le dioxyg√®ne de l'air, et le dihydrog√®ne par reformage du m√©thane : CH4. Mais contrairement √† l'√©lectrolyse, cette m√©thode produit √©galement du CO2 (voir l'article dihydrog√®ne)

Remarque : lorsque de l'eau est √©lectrolys√©e, l'eau lourde (contenant l'isotope lourd deut√©rium √† la place de 1H) a tendance √† se dissocier en fin d'√©l√©ctrolyse, puisque la liaison D-O est l√©g√®rement plus forte que le liaison 1H-O de l'eau l√©g√®re (eau "normale" 1H2O).

Production de chlore

Le dichlore est un gaz jaun√Ętre toxique. On utilise actuellement des √©lectrolyseurs qui utilisent l'√©lectrolyse d'une solution aqueuse de NaCl pour produire des ions hypochlorites √† l'usage du traitement de l'eau des piscines.

Plaquage

La technique du plaquage par électrolyse consiste à recouvrir des objets d'une mince couche régulière d'un métal généralement précieux ou d'un alliage: dorure, argenture, nickelage, chromage, cadmiage, cuivrage...

Par exemple, une bague est plongée dans une solution de chlorure d'argent (Ag+ + Cl-) reliée à un générateur.

Les ions d'argent vont se d√©poser sur l'anneau selon la r√©action d'oxydo-r√©duction : Ag+(aq) + e- -> Ag(s). On obtient ainsi un anneau plaqu√© argent, cette technique s'appelle l'argenture.

Plus généralement, les dérivés chimiques d'un métal donné peuvent être utilisés à des fins de placage avec ce dernier. Ainsi, on peut couvrir un objet métallique de cuivre avec le bain de sulfate de cuivre qu'on utilise d'ordinaire pour traiter la vigne.

On peut tester avec l'expérience suivante avec:

  • Une source de courant continu r√©glable, capable de d√©livrer de 1 √† 10 amp√®res.
  • Un r√©cipient pour le bain (ne doit pas √™tre m√©tallique).

La cathode (-) est reliée à la pièce à plaquer, l'anode (+) est reliée à un morceau de cuivre qui servira à alimenter le placage. Les deux électrodes sont plongées dans le bain, à quelques centimètres l'une de l'autre et, on fait passer le courant autant de temps que nécessaire.

Facteurs favorisant le ph√©nom√®ne :

  • Concentration du bain : Plus le bain est concentr√©, plus le placage est rapide.
  • Surface de la pi√®ce √† plaquer : plus la surface de la pi√®ce est grande, plus l'intensit√© √©lectrique doit √™tre √©lev√©e.
  • La vitesse du d√©p√īt : elle est proportionnelle √† la quantit√© de courant traversant la pi√®ce √† plaquer.
  • La temp√©rature : la chaleur favorise le rendement du bain.

Le chromage de pi√®ce en acier se d√©roule ainsi :

  • La pi√®ce m√©tallique constituant la CATHODE est plong√©e avec une ANODE en chrome dans une solution (l'ELECTROLYTE) contenant des ions de chrome (Cr3+) ;
  • Le g√©n√©rateur positionn√© entre l'anode et la cathode d√©livre un courant continu ;
  • La pi√®ce m√©tallique gagne des √©lectrons et attire les ions de chrome qui adh√©rent √† sa surface.

Production de cuivre et d'aluminium

L‚Äôaluminium primaire est obtenu par √©lectrolyse de l‚Äôalumine .Le proc√©d√© consiste √† r√©duire par √©lectrolyse de l‚Äôalumine dissoute dans un bain de cryolithe (fluorure double d‚Äôaluminium et de sodium ‚Äď AlF3, 3NaF) fondue √† environ 950 ¬įC, dans une cuve travers√©e par un courant √©lectrique de haute intensit√©. Soumis √† l‚Äôaction du courant √©lectrique continu, les ions sont transport√©s aux deux √©lectrodes.

L‚Äô√©lectrode positive attire les ions n√©gatifs, l‚Äôoxyg√®ne (O--). L‚Äôanode est plac√©e en haut du creuset o√Ļ s‚Äôeffectue l‚Äô√©lectrolyse ; l‚Äôoxyg√®ne peut ainsi se d√©gager sous forme de CO2 gazeux, apr√®s avoir br√Ľl√© le carbone qui constitue l‚Äôanode.

L‚Äô√©lectrode n√©gative, attire les ions positifs, l‚Äôaluminium (Al+++). La cathode est situ√©e au fond du creuset o√Ļ l‚Äôaluminium plus lourd que le bain se d√©pose et reste sous forme d‚Äôune couche de m√©tal liquide √† haute temp√©rature. Ce m√©tal liquide est r√©guli√®rement aspir√© et transport√© en fonderie, pour √™tre solidifi√© sous forme de demi-produit ( lingot, billette, plaque de laminage ).

Le ph√©nom√®ne global se traduit par la r√©action : 2 Al2O3 + 3 C = 4 Al + 3CO2

L'affinage industriel du cuivre brut s'effectue par √©lectrolyse d'anodes de cuivre brut dans un bain de sulfate de cuivre. Le cuivre pur ( jusqu'√† 99,95 %) se fixe sur la cathode, les impuret√©s restant dans le bain.

Fondateurs

Les scientifiques pionners de l'√©lectrolyse sont :

Des médecins ont développé une technique d'épilation basée sur l'utilisation de l'électrolyse:

  • Dr Charles Eugene Michel, ophtalmologiste am√©ricain, a eu l'id√©e en 1875 d'ins√©rer une fine aiguille charg√©e de courant galvanique dans les follicules pileux chez un de ses patient, √† des fins d'√©pilation.
  • Professeur Paul M. Kree, technicien et inventeur, a mis sur pied en 1916 le type d'appareil √† multiples aiguilles.
  • Van Zeynik fut en 1899 le premier √† observer que les tissus organiques peuvent √™tre chauff√©s par un courant de haute fr√©quence.

Sources

  • Cellules √©lectrochimiques :aspects thermodynamiques et cin√©tiques, Didier Devilliers et √Čric Mah√©, L‚Äôactualit√© chimique - Janvier 2003- Article en ligne. (fr) [1].

Sur les autres projets Wikimedia :

  • Portail de la chimie Portail de la chimie
  • Portail de l‚Äô√©lectricit√© et de l‚Äô√©lectronique Portail de l‚Äô√©lectricit√© et de l‚Äô√©lectronique
Ce document provient de ¬ę %C3%89lectrolyse ¬Ľ.

Wikimedia Foundation. 2010.

Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Electrolyse de Wikipédia en français (auteurs)

Regardez d'autres dictionnaires:

  • √©lectrolyse ‚ÄĒ [ el…õktr…Ēliz ] n. f. ‚ÄĘ 1845; √©lectrolysation 1837; empr. √† l angl. electrolysis ‚Üí √©lectrolyser ‚ô¶ D√©composition chimique de certaines substances en fusion ou en solution, obtenue par le passage d un courant √©lectrique. ‚ôĘ R√©action chimique des… ‚Ķ   Encyclop√©die Universelle

  • √Člectrolyse ‚ÄĒ Cet article concerne le processus chimique. Pour la m√©thode √©pilatoire, voir √Čpilation#√Čpilation d√©finitive. Repr√©sentation symbolique d un √©lectrolyseur dans un circuit L √©lectrolyse est une m√©thode qui permet de r√©aliser des r√©actions chimiques ‚Ķ   Wikip√©dia en Fran√ßais

  • √©lectrolyse ‚ÄĒ (√© l√®k tro li z ) s. f. D√©composition par les courants √©lectriques. √ČTYMOLOGIE ¬†¬†¬†√Člectro.... et en grec, dissolution. SUPPL√ČMENT AU DICTIONNAIRE √ČLECTROLYSE. Ajoutez : 2¬į¬†¬†¬†√Člectrolyse chirurgicale, emploi des alcalis et acides engendr√©s par les ‚Ķ   Dictionnaire de la Langue Fran√ßaise d'√Čmile Littr√©

  • √©lectrolyse ‚ÄĒ elektrolizńó statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. electrolysis; electrowinning vok. Elektrolyse, f rus. —ć–Ľ–Ķ–ļ—ā—Ä–ĺ–Ľ–ł–∑, m pranc. √©lectrolyse, f ‚Ķ   Automatikos terminŇ≥ Ňĺodynas

  • √©lectrolyse ‚ÄĒ elektrolizńó statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrńóŇĺtis Elektrodinis vyksmas elektros srovei tekant elektrolitu. atitikmenys: angl. electrolysis vok. Elektrolyse, f rus. —ć–Ľ–Ķ–ļ—ā—Ä–ĺ–Ľ–ł–∑, m pranc. √©lectrolyse, f ‚Ķ   Penkiakalbis aiŇ°kinamasis metrologijos terminŇ≥ Ňĺodynas

  • √©lectrolyse ‚ÄĒ elektrolizńó statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electrolysis vok. Elektrolyse, f rus. —ć–Ľ–Ķ–ļ—ā—Ä–ĺ–Ľ–ł–∑, m pranc. √©lectrolyse, f ‚Ķ   Fizikos terminŇ≥ Ňĺodynas

  • √ČLECTROLYSE ‚ÄĒ n. f. Ph√©nom√®ne de d√©composition accompagnant le passage du courant √©lectrique dans un liquide ‚Ķ   Dictionnaire de l'Academie Francaise, 8eme edition (1935)

  • electrolyse ‚ÄĒ v. separate a substance using electric currents, chemically separate a substance (also electrolyze) ‚Ķ   English contemporary dictionary

  • electrolyse ‚ÄĒ […™ l…õktr…ôl Ć…™z] (US electrolyze) verb subject to electrolysis. Derivatives electrolyser noun ‚Ķ   English new terms dictionary

  • electrolyse ‚ÄĒ /…ôňąl…õktr…ôla…™z/ (say uh lektruhluyz), /i / (say ee ) verb (t) (electrolysed, electrolysing) to decompose by electrolysis. Also, US, electrolyze. ‚Äďelectrolysation /…ôňĆl…õktr…ôla…™ňąze…™ É…ôn/ (say uh.lektruhluy zayshuhn), /i / (say ee ), noun ‚Äďelectrolyser ‚Ķ   Australian English dictionary


Share the article and excerpts

Direct link
… Do a right-click on the link above
and select ‚ÄúCopy Link‚ÄĚ

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.