I- Cas d’espèces mélangées
1- Analyse :
Le cas des espèces mélangée est un peu plus délicat
puisqu’il n’est pas possible d’aller chercher une par une les entités à faire
réagir et de les forcer macroscopiquement à inverser la réaction.
En revanche, il est toujours possible de créer dans le
milieu réactionnel des pôles fournisseurs ou solliciteurs d’électrons. On
utilise donc à nouveau un générateur électrique, aux bornes duquel on place
deux électrodes.
L’électrode qui se trouve à la borne « + » du
générateur demande des électrons, puisque les charges de signes opposés
s’attirent. La réaction qui se produit à son niveau doit donc prendre des
électrons à l’espèce qui réagit, donc il s’agit d’une oxydation, et donc la
borne « + » du générateur est reliée à l’anode du système
électrolytique.
Réciproquement, la borne « -« du générateur est
pourvoyeuse d’électrons, donc elle va donner lieu à une réaction, et donc cette
borne « -« est reliée à la cathode du système.
Il est bon de noter que selon que l’on parle :
-
D’un système siège d’une réaction
spontanée ;
-
D’un système soumis à une réaction
d’électrolyse,
-
Du générateur électrique engendrant cette
électrolyse (dans le cas où il s’agit d’un générateur électrochimique) ;
On peut facilement se tromper entre anode et cathode.
Aussi, la seule définition que l’on puisse utiliser avec
certitude pour les identifier est-elle que
l’anode est le lieu où se produit l’oxydation (augmentation du nombre
d’oxydation de l’élément concerné), et que la cathode est le lieu où se produit la réduction
(réduction du nombre d’oxydation de l’élément concerné).
2- Nature des électrodes :
Les électrodes, c'est-à-dire les solides plongés dans la
solution électrolytique et reliés aux pôles d’un générateur, peuvent être
types :
-
Indifférentes aux espèces présentes en
solution : on utilise souvent des électrodes de platine ou d’autres
métaux, ou encore des électrodes de carbone elles ne servent alors que
d’échanger à électrons et sont dans le même état au début et à la fin de
l’électrolyse ;
-
Constituées de l’espèce qui s’oxyde (par
exemple, une électrode de cuivre dans une solution aqueuse contenant des ions
fer II) ; dans ce cas, l’électrode, en s’oxydant, va se désagréger à
mesure que se produit la réaction, et l’on parle d’anode sacrificielle.
3- Exemple d’application de l’électrolyse :
L’électrolyse est une technique utilisée dans de nombreux
domaine :
·
Elle sert au chromage de certaines pièces
mécanique : on branche la pièce à couvrir à la borne « - d’un
générateur électrique, puis on la plonge dans une solution électrolytique
contenant des cations chrome, ainsi que l’autre pôle du générateur. La pièce
est ainsi pourvoyeuse d’électrons, réductrice, et constitue donc la cathode du
système. les cations sont réduits à son niveau. Le chrome métallique est ainsi
obtenu directement à la surface de la pièce, sur laquelle il demeure, formant
une couche brillante. On peut utiliser le même procédé pour la fabrication de
bijoux plaqués or ou argent : le bijou sert de cathode, dans une solution
contenant des cations or à l’argent, qui se réduisent en métal à sa surface.
·
Certaines solutions sont particulièrement
coûteuses, du fait par exemple des ions or ou argent qu’elles contiennent, dans
le cas où ne telle solution a servi à une réaction chimique, il est donc
intéressant de récupérer les métaux précieux qu’elle contient, ce que permet
encore de faire l’électrolyse.
·
L’électrolyse d’une solution aqueuse de chlorure
de sodium (Na+(aq) ; Cl-(aq))
permet d’obtenir, à l’anode, l’oxydation des ions chlorure en dichlore
gazeux :
2 Cl-(aq)
= Cl2 + 2e-
Et à la cathode, la réduction de l’eau en dihydrogène
gazeux :
2 H2O(l)
+ 2 e- = H2(g) + 2HO-
On peut ainsi produire simultanément du di chlore, gaz très
important dans l’industrie (il sert notamment à fabriquer l’eau de javel), du
dihydrogène et de la soude, puisque la solution contient en fin de compte (Na+(aq)
+ HO-(aq)).