Question sur l'électrolyse de l'eau

[andretou]

Bonjour à tous
Nous savons que faire passer du courant dans de l'eau a pour effet de casser les molécules de H₂O.
Mais pouvez-vous SVP m'expliquer pour quelle raison le passage d'électrons parmi les molécules d'eau a pour effet de rompre les liaisons O-H ?
Autrement dit, comment un échange d'électrons entre des molécules d'eau peut-il avoir le même effet qu'un choc très énergétique entre ces molécules ?
Et si on fait passer du courant entre, par exemple, des molécules de CO₂, obtient-on le même effet ?
Merci d'avance pour vos réponses
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[gts2]

Ce n'est pas exactement cela :
- il n'y a pas de passage d'électrons parmi les molécules d'eau
- on peut très bien faire passer un courant dans l'eau sans électrolyse

Il faut plutôt raisonner en tension au niveau d'une électrode, les électrons disponibles au niveau de la cathode ont alors une énergie élevée ce qui permet d'effectuer la transformation H2O H2 en captant cet électron, et de même une énergie faible au niveau de l'anode ce qui permet la transformation H2O O2 en cédant l'électron.

[titijoy3]

Bonjour,

juste pour apprendre :

- il n'y a pas de passage d'électrons parmi les molécules d'eau

ou passent les électrons ?

- on peut très bien faire passer un courant dans l'eau sans électricité

comment fait on ?

[gts2]

ou passent les électrons ?

Lors d'une électrolyse, les e- réagissent avec l'eau : par exemple l'eau capte des électrons pour donner de l'hydrogène et des ions hydroxydes et ce sont ces ions (entre autres) qui conduisent le courant.

Je n'ai pas dit : "- on peut très bien faire passer un courant dans l'eau sans électricité" mais sans électrolyse. On applique une tension suffisamment faible pour éviter l'électrolyse.

[A voir en vidéo sur Futura]

[titijoy3]

Lors d'une électrolyse, les e- réagissent avec l'eau : par exemple l'eau capte des électrons pour donner de l'hydrogène et des ions hydroxydes et ce sont ces ions (entre autres) qui conduisent le courant.

Je n'ai pas dit : "- on peut très bien faire passer un courant dans l'eau sans électricité" mais sans électrolyse. On applique une tension suffisamment faible pour éviter l'électrolyse.

ah oui, j'ai mangé un mot en faisant mon message et je l'ai mal recopié, désolé !

du coup, la question était: "comment fait on passer un courant dans l'eau sans provoquer d'électrolyse" et tu y à répondu, merci

[andretou]

les électrons disponibles au niveau de la cathode ont alors une énergie élevée ce qui permet d'effectuer la transformation H2O H2 en captant cet électron

De quelle énergie élevée s'agit-il ? Est-ce l'énergie cinétique de l'électron qui va permettre de casser la liaison O-H ?

[gts2]

C'est l'énergie potentielle de l'électron -eV avec le potentiel de la cathode négatif (avec toujours le problème d'origine des potentiels ...)

[andretou]

ok, merci !
Sachant que chaque liaison O-H a une énergie molaire de 460 kJ (soit une énergie unitaire de 460000/ (6,022 x 10^23) = 76387 x 10^-23 J = 4,8 eV),
il faut donc un électron possédant une énergie minimum de 4,8 eV pour casser la liaison.
Autrement dit, une tension de 4,8 volts permet de casser des molécules d'eau ?
C'est correct ?

[titijoy3]

un peu moins de 2 volts par plaque suffisent

[andretou]

un peu moins de 2 volts par plaque suffisent

C'est-à-dire moins de 4 volts ?
D'où provient donc cet écart avec 4,8 volts ?

[gts2]

Autrement dit, une tension de 4,8 volts permet de casser des molécules d'eau ?

Oui et non ! Ce n'est pas une tension mais un potentiel. D'autre part, les mécanismes de réaction aux électrodes ne sont pas forcément simples.
Et enfin ce potentiel n'est pas mesurable, et la seule chose qu'on soit capable de mesurer est la tension entre les électrodes.

[andretou]

Ce n'est pas une tension mais un potentiel.

Pourriez-vous svp expliquer en quoi consiste la différence ?

[titijoy3]

sur un électrolyseur à plaques alimenté en 12 volts continus, on recommande souvent d'utiliser 7 ou 11 plaques,

j'en ai construit en 7 plaques et j'ai été contraint de concevoir une régulation de la tension par la température car l'électrolyse à tendance à s'emballer avec l'augmentation de la température du bain (eau distillée + hydroxyde de sodium)

[gts2]

Le potentiel est une caractéristique d'un point, ici le potentiel d'une électrode.
La tension est la différence de potentiel entre deux points, ici la tension aux bornes de l'électrolyseur.
Le problème est qu'un potentiel n'est défini qu'à une constante près.
Dans le cas d'une électrode, on a défini une référence qui permet de parler du potentiel d'une électrode, le problème est que cette valeur est arbitraire.
Pour répondre à votre interrogation initiale, il faudrait s'intéresser au potentiel de l'électrode par rapport à la solution (on retombe sur une différence de potentiel), mais cela n'est pas mesurable.

[andretou]

Ok !
Du coup, est-il quand même correct de dire qu'il faut un électron possédant une énergie de 4,8 eV au minimum pour casser une molécule d'eau ?

[gts2]

Comme dit plus haut, les mécanismes sont compliqués, je ne suis pas sûr qu'on puisse être très précis. Ceci étant c'est bien l'ordre de grandeur.

[andretou]

Encore merci !
Dernière question : l'électron qui produit la rupture de la liaison O-H produit-il in fine une ionisation de l'atome d'oxygène ?
Si tel est le cas, alors on aurait l'équation suivante :
1e^- + H₂O ---> H + HO^-
Et si la réaction est complète :
2e^- + H₂O ---> H₂ + O^2-
Est-ce correct ?

[gts2]

Le mécanisme que l'on peut trouver (j'ai bien dit qu'on peut trouver...) :

At the cathode:
First stage Н⁺ + e⁻ → Н*
Second stage Н* + Н* → Н₂

At the anode:
First stage H₂О → ОH* + e⁻ + Н⁺
First stage OH* → О* + e⁻ + Н⁺
Third stage О* + О* → О₂