Elecrolyse de l'eau

[Thomas_C_Moi]

bonjour, j'essaye de comprendre dans le détail la réaction d’électrolyse.
J'aimerais savoir si ce que j'en ai compris est juste.

Je m'attarde pour le moment sur l’électrolyse de l'eau.

Pour faire une électrolyse il faut:
un générateur électrique à courant continue.
Deux électrode.
un électrolyte.



lorsque l'on applique une tension électrique sur nos électrodes, il s'y produit une réaction d’oxydo-réduction qui permet un transfert d’électron entre l'anode et la cathode.
une oxydation est la réaction qui transforme un réducteur en oxydant en libérant un électron sur son électrode
Une réduction est la réaction qui transforme un oxydant en réducteur en recevant un électron de son électrode.
(On peut utiliser un moyen mnémotechnique : réducteur : donneur ; oxydant : gagnant.)
Si le réducteur donne un électron il doit être connecté à la borne positive de la batterie.
Si l'oxydant gagne un électron il doit être connecté à la borne négative de la batterie.

La cathode est sur le -,
l'anode est sur le +,
mais j'ai pas trouvé comment m'en souvenir.

Voyons ce qui ce passe lors de l’électrolyse de l'eau.

Dans de l'eau distillée, nous avons des molécules d'eau, H2O mais pas seulement. Sont présent aussi des ions hydroxyde OH- et des ions oxonium H3O+.
C'est grâce à eux que de l'eau distillée reste faiblement conductrice. Mais d’où viennent t'ils ?

Ils sont présent grâce à l’autoprotolyse de l'eau. En effet, l'eau peut se comporter à la fois comme une base et comme un acide.
Un acide peut de libérer un proton H2O => OH- + H+
Une base peut capter un proton H2O + H+ => H3O+


On à donc l'eau "acide" qui réagi avec l'eau "base" : H2O(base) + H2O(acide) => H3O+ + OH-

Dans notre eau qui sert d'électrolyte, les ions oxonium H3O+ chargé positivement sont attirés par l'électrode chargé négativement. (la cathode)
Les ions hydroxyde OH- chargé négativement sont attirés par l’électrode chargé positivement. (anode)

Sur la cathode l’ion oxonium H3O+ réagit avec un électron et donne de l'eau et du dihydrogène. H3O+ +e- => H2O + H2
Sur l'anode l'ion hydroxyde OH- libère un électron et la je sais pas comment ça forme du dioxygène et de l'eau.

jusque la j'ai bon ou je suis parti de travers ?
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[moco]

Bonsoir,
Primo l'eau pure n'est pas conductrice. Elle contient bien des ions H3O+ et des ions OH- par suite de l'autoprotolyse de l'eau. Mais ce phénomène produit tellement peu d'ions que cela ne permet pas de rendre l'eau conductrice et de produire une électrolyse. Il se forme 10^-7 mole d'ions par litre. C'est 10 fois moins qu'un millionième de moles d'ions par litre. Si tu plonges deux électrodes dans de l'eau pure, et que tu les relies à une pile ou un générateur de courant continu, le courant qui y passent si petit qu'il n'est pas mesurable. Pour qu'un courant mesurable y passe, il faut qu'il y ait au moins 1 millième de mole d'ions dans 1 litre de solution. Ou bien on peut dire que le courant qui passe entre les deux électrodes est si faible qu'on ne peut pas le mesurer avec des appareils ordinaires. L'eau pure est donc un isolant. Pour être honnête, il faut bien admettre que l'isolant parfait n'existe pas. Placés entre deux électrodes, tous les isolants laissent passer un courant infiniment petit, qu'on ne peut mesurer qu'avec des appareils très sophistiqués. L'air, l'eau pure et le plastique sont des isolants de cette nature. On dit qu'ils ne laissent pas passer le courant. En réalité, ils laissent passer un très très très petit courant, si petit qu'on ne peut pas le mesurer avec des appareils ordinaires.

Pour qu'on puisse faire une électrolyse de l'eau, il faut y dissoudre des substances capables de former des ions, comme un acide, un hydroxyde ou un sel, et le tout en concentration supérieure au millième de mole.

Quand tu fais une électrolyse, tu peux te souvenir que les cations vont vers la cathode : cat - cat, et que les anions vont vers l'anode : an - an. Tu peux aussi te souvenir que les cations sont en général des métaux : T - T. et que les anions sont des non-métaux. et qu'il sont chargés négativement : N - N - N.

Parlons d'abord de la cathode.
Lors d'une électrolyse de l'eau, on va se préoccuper d'abord des cations, qui comme je l'ai dit migrent vers la cathode, qui est donc le pôle négatif. Et là, il y a deux possibilités. Soit ils se déchargent en captant des électrons, soit c'est l'eau qui capte des électrons, et se transforme en autre chose. Si ce cation est Cu²⁺, Zn²⁺ ou H⁺ (qu'on appelle H₃O⁺), le cation se décharge et laisse déposer le méta purl selon l'équation :
Cu²⁺ + 2 e^- --> Cu
Zn²⁺ + 2 e^- --> Zn
2 H⁺ + 2 e^- --> H₂

Mais il y a des cas où l'ion positif "refuse" de se décharger, comme c'est le cas avec l'ion Na⁺. C'est alors l'eau qui se dévoue pour capter les électrons et se transformer en autre chose, qui dot être négatif. On a :
H₂O + 2 e^- --> H₂ + 2 OH^-
Il n'y a que la nature qui décide lequel des deux procédés se produit à la cathode.

Donc aux alentours de la cathode, on observe une disparition des cations comme Cu²⁺ ou Zn²⁺. Ou bien on observe une apparition de ions OH^- en solution, ce qui neutralise le fait que les cations comme Na⁺ ont migré vers cette cathode.

Passons à l'anode.
A l'anode, les anions négatifs y affluent, comme les ions Cl^-, ou SO₄^2-. Et là, c'est pareil. Soit ils se déchargent en donnant des électrons à l'anode, soit c'est l'eau qui donne des électrons et se transforme. Avec les ions Cl^- par exemple, on observe qu'ils se déchargent en formant du chlore selon :
2 Cl^- --> Cl₂ + 2 e^-
Avec les ions SO₄^2-, ces ions refusent de se décharger, et c'est l'eau qui va se dévouer pour donner des électrons à l'anode, selon :
2 H₂O --> O₂ + 4 H⁺ + 4 e^-.
Dan le premier cas, la solution s'appauvrit en ion Cl^- aux alentours de l'anode. Dans le 2ème cas, la solution s'enrichit en ions H⁺ (ou H₃O⁺) ce qui compense l'afflux des ions SO₄^2- qui ont refusé de se décharger.

J'ai été un peu long. Mais j'espère t'avoir un peu éclairci l'esprit.

[Thomas_C_Moi]

Je te remercie vraiment de ta réponse.

Donc l'autoprotolyse de l'eau on oublie. Ça ne joue absolument pas dans l'électrolyse de l'eau. Déjà ça simplifie le problème.

Si j'utilise de la soude caustique NaOH pour créer des ions dans l'eau.
j'ai alors uniquement des ions Na+ et des ions OH- dans mon eau.

à la cathode,
Comme les NA+ ne veulent pas travailler. (ça je n'ai pas encore compris pourquoi) On à aucun ions positif qui peut récupérer l'électron. Donc l'eau ce transforme.
Par contre dans ta réponse on a 2 H à droite et 4 à gauche.
H2O + 2 e- --> H2 + 2 OH-

je suppose qu'il manque un 2 devant H2O ?

à l'anode,
On a les ions OH^- qui arrivent. Ils doivent donner un électron. Comment on sait ce que ça va donner comme résultat ?
avec quoi OH- va réagir et en quel quantité ?

Et comment tu fait pour faire des petit - en exposant ?

[moco]

Bonsoir,
Tu as raison. J'ai oublié un facteur 2 dans mon équation où l'eau réagit en capteur d'électron, et je m'en excuse. J'aurais dû écrire :
2 H₂O + 2 e^- --> H₂ + 2 OH^-

Quand on électrolyse une solution de NaOH, les anions OH- migrent vers l'anode, et se déchargent en cédant des électrons. Mais c'est un cas particulier, car il ne se forme pas OH, car OH n'existe pas à l'état libre. Non il se forme de l'oxygène selon l'équation étrange :
4 OH^- ---> O₂ + 2 H₂O + 4 e^-

Si tu y tiens, tu peux dire, pédagogiquement parlant, que OH- perd un électron et forme OH, mais que OH réagit avec un autre OH pour former H₂O₂, et lequel n'est pas stable en solution basique. Il perd facilement un atome O pour former de l'eau. Et dès que deux O se rencontrent, ils s'unissent pour former O₂.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Thomas_C_Moi]

Bonsoir et merci de me suivre dans mon questionnement !

Je comprends la logique de ton raisonnement pédagogique. Maintenant j'aimerais comprendre par quel moyen ces réactions ce produise.
Quand on dit OH^-. C'est l'oxygène qui a un électron en plus ou l'hydrogène ? Ou bien tout les électrons de O et de H sont partagés et non distinctifs au quel cas c'est le groupe OH qui à un électron en plus ?

[Thomas_C_Moi]

J'ai une autre question. Je ne comprends pas comment ou plutôt pourquoi les ions HO^- et H₃O⁺ ce forment.
Que ce passe t'il donc dans notre molécule d'eau pour qu'elle se transforme comme ça ?

On a l'atome d'oxygène qui a 8 électrons. Donc 6 sur sa couche de valence. Il lui en manque 2 pour la saturer puisque la couche L est saturé avec 8 électrons.
On a l'atome d'hydrogène qui a 1 électron. Il lui en manque 1 pour saturer sa couche K qui se sature avec 2 électrons.

2 Hydrogène ce lient avec un Oxygène. Les hydrogènes complètent leur couche k et l'Oxygène reçois un électron de chaque atome d’hydrogène.

Jusque la tout le monde est content. On a donc H-O-H

J'ai lu des articles sur l’électronégativité. Je n'ai pas compris d’où viens ce phénomène mais j'ai bien compris que puisque l'oxygène est plus électronégatif que l'hydrogène, l'Oxygène tire les électrons partagés avec l'Hydrogène vers lui.
Du coup on se retrouve avec une zone autour de l'oxygène surchargé en électron. Bien que la molécule reste neutre dans son ensemble, une charge négative apparait sur l'oxygène et une charge positive sur les atomes d'hydrogène.

Pour le troisième Hydrogène de l'ion oxonium, je suppose qu'il s’agit cette fois d'un proton H⁺ et non d'un atome d'Hydrogène qui ce fait attirer par la pseudo charge négative de l'oxygène.
Vous pourriez m'éclairer, détailler comment ça ce passe ? S'agit t'il d'une liaison standard par partage d'électron ? Si oui lequel ?

merci