Question sur l'électrolyse

[invite79243c88]

Bonjour,

Je ne suis qu'en 1èreS (donc pas au programme) et grâce à Jamie j'ai appris que l'électrolyse c'était la transformation de l'énergie électrique (grâce a un courant électrique crée par un générateur) en énergie chimique et que l'oxydant (anode) relâche des ions positifs et le réducteur (cathode) des négatifs dans l'électrolyte pour rester neutres.

Donc première question, pourquoi faut-il que l'anode et le cathode restent neutres ? Et puis vu qu'ils libèrent des ions ça veut dire que certains de leurs atomes se sont fait arrachés ou ont reçus, comment ça se fait ?

Ensuite, pour la pile c'est exactement pareil que l'électrolyse sauf que là on met pas de générateur c'est le cathode qui libère des électrons qui vont jusqu'a l'anode et ça fait un courant élecrrique, mais y'a encore les ions émis, du coup même question.

J'en profite pour une dernière question, dans un courant électrique les électrons libres quittent leurs atomes mais les atomes ne deviennent pas des ions, comment ça se fait ?

Merci
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[albanxiii]

Bonjour,

Je déplace en chimie, c'est plutôt le domaine des chimistes que des physiciens.

Pour la modération.

[moco]

Bonjour,
C'est un peu la salade, cette demande ! Dans une pile, ce n'est pas la cathode qui libère des électrons, mais l'anode. Tout le reste est à l'avenant.

Essayons de reprendre au début.
Prenons la pile la plus simple, celle formée de deux compartiments : du zinc trempant dans une solution de sulfate de zinc ZnSO₄, et du cuivre trempant dans une solution de sulfate de cuivre (donc contenant les ions Cu²⁺ et SO₄^2-). Le métal zinc a semble-t-il "envie" de perdre ses électrons, et de s'oxyder en se transformant en ion Zn²⁺ qui passe dans l'eau. Le cuivre n'a pas cette envie ! Or le zinc ne peut pas le faire, car sitôt le premier atome Zn transformé en Zn²⁺, cela chargerait la solution positivement, ce qui empêcherait la répétition de ce procédé. La solution chargée + repousserait les nouveaux ions Zn²⁺ qui pourraient se former ultérieurement. De plus le métal zinc se chargerait en électrons qui repousseraient les électrons qui voudraient se former plus tard.
Par contre si on relie la plaque de zinc à la plaque de cuivre trempant dans la solution de CuSO₄, les électrons peuvent filer à travers le fil conducteur extérieur jusque vers la plaque de cuivre. Et là, ils pourraient détruire les ions cuivre Cu²⁺ en formant du métal cuivre. L'ennui, c'est que ce processus règle le problème des électrons, mais pas celui des ions en solutions. Très vite, il y a un excès d'ions positifs Zn²⁺ en solution d'un côté et un excès de ions négatifs SO₄^2- de l'autre coté. La pile ne marche pas encore. Par contre, elle marchera fort bien si on permet à l'excès de ions positifs et négatifs de se rejoindre, par exemple en séparant les deux compartiments par une cloison en terre poreuse. Les ions en excès des deux côtés sont attirés et se rejoignent dans la cloison poreuse.

Attention aux termes. L'atome qui émet des électrons s'oxyde. Chaque fois qu'il y a oxydation, le compartiment est celui de l'anode. Anode et oxydation sont équivalents. Le zinc s'oxyde et c'est l'anode. C'est le pôle négatif. Et on peut graver ce signe (-) sur la plaque de zinc. Le cuivre se réduit et c'est la cathode. C'est le pôle positif.

Si on impose à la pile une tension supérieure à celle qu'elle est capable de donner, les réactions chimiques sont inversées. On fait de l'électrolyse. Le zinc reçoit des électrons de l'alimentation extérieure, ce qui détruit les ions Zn²⁺ et les transforme en zinc métallique. Et on arrache des électrons au cuivre, qui s'oxyde et libère des ions Cu²⁺. Dans une électrolyse, les cations vont vers la cathode et les anions vers l'anode. Dans cette électrolyse, les cations Zn²⁺ sont attirés par le pôle de signe contraire, le métal zinc Zn (pôle -) où ils se réduisent en Zn qui devient cathode. Le métal zinc n'est plus anode comme avant, mais il reste le pôle moins. On peut graver ce signe moins sur le zinc, qu'il fonctionne en pile ou en électrolyse. Le zinc est anode dans un cas, cathode dans l'autre.

Rappelle-toi ! Dans les deux phénomènes, pile et électrolyse, l'anode est le siège de l'oxydation. Et le zinc est toujours moins, comme le cuivre est toujours plus.

[invite79243c88]

Merci pour vos réponses, je pense avoir bien compris le principe. Mais du coup si j'ai bien compris c'est comme ça que marche une batterie non ? Je veux dire par là que d'après la réponse de moco, une pile lorsque ses deux pôles sont reliées le zinc va se transformer en Zn2+ (donc moins de zinc au fur et à mesure) pour créer un courant électrique grâce aux électrons libérées par le zinc, et ensuite le Cu2+ est transformé en cuivre puis on fait rejoindre les deux surplus de SO4 2- et Zn2+ pour que le circuit électrique puisse continuer jusqu'à qu'il n'y ai plus de zinc. Donc une pile survie jusqu'à qu'elle n'ait plus de zinc. Sauf que si on électrolyse du coup on fait l'inverse, imaginons j'ai casiment plus de Zinc dans ma pile puis je lui applique un courant électrique, alors du zinc se recrée et du cuivre se "détruit" en ions Cu2+.
Également, on dit qu'il n'est pas bon de décharger sa batterie complètement, ça a un rapport avec ça ?

Chalco, de toute façon la réponse de Moco m'a suffit à comprendre.

[A voir en vidéo sur Futura]

[moco]

Bonjour,
Ton interprétation de la pile Zn/Cu est correcte.
Une batterie est une pile qu'on peut régénérer après usage, en appliquant un courant extérieur de sens inverse de celui de la pile. Or il se trouve que certaines piles sont rechargeables, et certaines pas. Quand une pile est rechargeable, on lui donne le nom de batterie. La pile Zn/Cu par exemple n'est pas vraiment rechargeable en pratique, car quand on essaie, on se heurte à l'apparition de phénomènes non désirés.
Par exemple, le zinc se dépose bien, mais sous forme pulvérulente et il n'adhère pas sur la plaque : il tombe au fond de la cuve. Il y a aussi des phénomènes non désirés qui se produisent en parallèle, comme la formation de bulles de gaz H2 sur le zinc, et le pH de la solution change, ce qui fait précipiter les ions Zn2+.

[invite79243c88]

Moi qui pensait que c'était si facile que ça
Mais du coup, pour faire une batterie viable, qu'est-ce qu'il faut utiliser comme cathode
Du lithium je suppose ? (Histoire d'avoir un bon rendement)

[moco]

Le lithium est difficile à mettre en oeuvre, car il faut travailler dans un électrolyte organique en l'absence totale d'eau, qui est fatale à ce type de batterie.
Si tu veux une batterie sûre, le plus simple est d'utiliser une batterie au plomb, comme celles qui alimentent toutes les voitures de cette planète. Les batteries au plomb sont fiables, et ont un bon rendement. Seul ennui : elles sont lourdes. Le plomb, c'est lourd.