Électrolyse de l'eau pour PAC

[Chmiman]

Bonsoir, je travaille sur la pile à hydrogène, et lors de son chargement, on procède à l'électrolyse de l'eau.

Je vois que plusieurs demi-équations mènent à l'équation bilan : 2H2O => 2H2 + O2, et dans mon énoncé il est indiqué que l'électrolyte est acide, càd présence d'ions H+.

Ce que je comprends pas, c'est si je dois écrire pour l'anode : 2 H2O => O2 + 4H+ + 4e- ou bien 2 HO- => O2 + 2 H+ + 4e- ? Au final je ne sais pas si je dois comprendre que c'est la molécule d'eau qui décompose, ou si c'est l'ion hydroxyde, car même si le milieu est acide, l'autoprotolyse de l'eau fait que il y a des ions HO- selon mon raisonnement.

Autre point pas très clair, la cathode: On a soit : 2H+ + 2e- => H2 ou bien 2H2O + 2e- => H2 + 2HO- ?


En fait, à chaque fois j'hésite entre mettre l'eau en réactif, ou l'ion associé à l'eau, qui se trouve dans l'eau (autoprotolyse).
Cela témoigne pour ma part d'une incompréhension de ce qu'il se passe vraiment aux électrodes, que se passe t'il ? À la cathode je vois bien, mais à l'anode je m'imagine mal comment l'eau toute seule va se décomposer en plusieurs "morceaux". Je dis toute seule car il n'y a aucun autre réactif, mis à part la présence de l'anode et d'un générateur.


Hypothèses de réponse:

Le générateur fournit une différence de potentiel qui rend l'anode avide d'électron et de fait, l'eau, sous l'effet du générateur en gros, va se décomposer pour favoriser la circulation des électrons dans le circuit.


PS: J'ai lu tous les sujets à propos de l'électrolyse de l'eau sur ffs, et il me manque ces infos !


Merci à vous et bonnes fêtes.
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[moco]

Dans une solution acide, il existe des ions H⁺ en grande quantité. Les ions OH- sont présents en quantités si petites qu'il ne vaut pas la peine de considérer qu'il pourraient intervenir chimiquement. En effet, dans une solution 1 molaire en acide, la concentration en ions OH^- est de 10^-14 M, c'est-dire de presque un millionième de milliardième de mole par litre. L'eau que tu utilises beau être pure, elle contient des impuretés de toutes sortes au niveau du milliardième. Un milliardième de mole/L, c'est un million de fois plus que la teneur de l'eau en ion OH-. Et certaines de ces impuretés seraient capables de céder des électrons à l'anode si l'eau ne le faisait pas.
Par exemple, la concentration en ion chlorure Cl- ou en ion nitrate NO₃^- dans l'eau la plus pure est de l'ordre du milliardième de mole par litre. Et ces ions n'interviennent pas de manière significative dans l'électrolyse des solutions acides. Tu penses bien que les ions OH-, avec leur teneur encore un million de fois plus faible, n'ont aucune chance de jamais jouer un rôle quelconque dans l'électrolyse des solutions acides.

Dans l'électrolyse de l'eau, la réaction à l'anode est due à l'eau qui cède des électrons, selon l'équation que tu as écrite, à savoir : 2H₂O --> O₂ + 4 H⁺ + 4 e^-
Ceci dit, cette équation est une équation globale. Elle décrit ce qu'on voit, à savoir la formation d'un acide en solution et le dégagement de gaz O₂. Mais elle ne décrit pas le mécanisme qui doit se passer à l'électrode. Pour le mécanisme on est réduit à des conjectures. Il y a des gens qui pensent que ce soit les doublets de liaisons H-O qui cèdent un de leurs deux électrons. Et que l'oxygène, étant plus électronégatif, conserve l'électron restant. Cela libérerait H[SUP]+[/SUP, et forme OH dans un premier temps, puis, après une seconde rupture H-O, cela formerait un nouvel ion H, et un atome O tout seul. lequel irait se lier avec un autre atome libre présent à la surface de l'électrode, pour faire O₂.

[Chmiman]

Merci de votre reponse !

Mais ducou c’est l’action du générateur qui fait que l’anode Tire un electron à la molécule d’eau ? Quel effet fait que l´anode devient oxydant ?

Et pour l’autre demi équation , cela paraîtra évident que c’est 2H+ +2e -> H2

Mais pourquoi pas 2H2O + 2e => H2 + 2HO- ?

Car le milieu est acide mais cela n’empeche pas L’eau de faire la réaction plutot’ que l’ion H+

[moco]

Bonsoir,
Eh oui. C'est le générateur qui fait que l'anode tire des électrons. Et arracher des électrons ou oxyder, c'est la même chose. Ce sont des termes synonymes.
Ensuite, il est impossible d'imaginer qu'un processus quelconque produise des ions OH- dans une solution acide. Si c'était le cas, ces ions OH- seraient aussitôt détruits par les ions H+ présents pour faire de l'eau.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Chmiman]

Merci, cependant je ne comprends pas pourquoi vous dites que quand une solution est acide, elle ne contient qu'un infime partir de HO-. J'ai appris qu'une solution est acide quand il y a davantage de H+ que de HO-, mais pas nécessairement uniquement des H+ !

[moco]

Bonjour,
Vous avez raison sur le principe. Mais dans la réalité, dans une solution acide, la concentration en ion OH- est des millions de milliards de fois plus faible que celle des ions H+. L'ion OH- se comporte comme une impureté, et une impureté infime, qui est des millions de fois moins importante que les impuretés détectables, come les ions chlorure Cl- et les ions nitrates NO3- qui sont des millions de fois plus abondant que l'ion OH- même dans l'eau la plus pure.
Si vous voulez une image plus parlante, admettons qu'il se trouve quelques milliards d'habitants sur Terre. Peu importe la quantité exacte. La teneur en OH- dans l'eau acidifiée correspond au poids d'un millionième de l'un seul de ces êtres humains, comparé à la masse totale de l'humanité. Cela fait beaucoup moins qu'une seule personne. Imaginez que chacune de ces personne porte 100'000 verres d'eau ou 100'000 petites choses. et que l'un de ces milliards d'habitants porte 100'001 de ces petits objets, cet excès correspond à la concentration des ions OH- dans l'eau acidifiée.
Il y a plus de verres d'eau que 100'000 fois le nombre d'habitants. Il y en a exactement un de plus. Mais rapporté à 100'000 fois 5 milliards, c'est ce que j'appelle négligeable. 100'000 fois 5 milliards, ou 100'000 fois 5 milliards plus un, la différence est négligeable.

[Chmiman]

Merci, j'ai une dernière question.

On a ça : 2H+ + 2e- => H2 plutôt que ça 2H2O + 2e- => H2 + 2HO-, mais pourquoi ? Pourquoi l'eau ne se décomposerait pas comme cela, en quoi le milieu acide influe le type de produit qu'il pourra être créé ?

Ce que je veux dire, c'est que quand bien même un ion HO- serait créé, il formerait de l'eau avec un H+.


Hypothèse de réponse: L'ion H+ est peut être plus enclin à réagir avec un électron qu'une molécule d'eau, ou que tout simplement la nature fait que l'énergie demandée pour la réaction serait trop importante pour l'eau.

Mais cela ne tiendrait pas torp car cette équation là 2H2O + 2e- => H2 + 2HO- je l'ai déjà vu quelque part sur le net.

[moco]

Bonsoir,
Il me semble l'avoir déjà dit et redit, mais il est impossible d'imaginer une réaction qui fabrique une base comme OH- à partir d'une solution acide. Tu peux penser tout ce que tu veux, que H+ est plus enclin à faire ceci ou cela. C'est ton droit. Mais cela ne change rien à cette réalité. De toute façon, c'est plus facile de déposer un électron sur un ion positif que sur une molécule neutre.

[Chmiman]

Je tiens à rappeler que je n'ai pas votre niveau en chimie, et que je chercher à comprendre le phénomène. Ce qui est inimaginable pour vous ne l'est peut être pas pour moi, mais cela n'est pas de l'acharnement. On a de l'eau, avec la présence d'ions H+, d'accord jusque là.

Je ne sais pas pourquoi les ions HO- sont un milliardième de fois moins importants que les ions H+, vous l'avez dit et je vous crois, mais je ne sais pas pourquoi, c'est pour cela que je suis sur le forum.

Je comprends bien que si c'est cette réaction 2H2O + 2e- => H2 + 2HO- qui avait lieu, les ions HO- seraient neutralisés par H+ et formeraient de l'eau.
Mais en soit, une réaction est une réaction, et je ne comprends pas en quoi la présence d'H+ empêcherait viscéralement la molécule d'eau de réagir, car la solution a beau être acide, cela reste de l'eau.

Maintenant, la réaction que j'ai écrite est vraie au niveau de conservation des éléments, mais je ne dis en aucun cas qu'elle est possible au niveau énergétique.


"De toute façon, c'est plus facile de déposer un électron sur un ion positif que sur une molécule neutre. " Si cela est l'explication, elle me convient car je la comprends.

Cela dit je vous remercie de me donner de votre temps car vos explications ont toujours été de qualité.