Forcer le sens d’évolution d’un système

Évolution forcée

Lors d’une évolution forcée, un système chimique évolue dans le sens inverse de son évolution spontanée.

Le quotient de réaction s'éloigne alors
de la constante d'équilibre.

Électrolyse

Dans le cas d’une oxydoréduction, on peut forcer
le sens d’évolution d’un système en imposant le sens
du courant électrique grâce à un générateur électrique.

La transformation s'appelle alors une électrolyse.

L'électrolyse est donc une conversion d'énergie électrique en énergie chimique.

On réalise une électrolyse grâce à un électrolyseur constitué de deux électrodes plongeant dans
un électrolyte (solution ionique) et reliées à
un générateur de courant continu qui impose
le sens de déplacement des électrons.

  • L'électrode où se déroule la réduction est la cathode.
    Elle est reliée à la borne $\ominus$ du générateur.

  • L'électrode où se déroule l'oxydation est l'anode.
    Elle est reliée à la borne $\oplus$ du générateur.

Étude quantitative

Pendant une durée $\Delta t$ (en s), si le générateur de courant continu délivre un courant d’intensité $I$ (en A), la charge totale $Q$ (en C) transférée vaut :


$$Q = I\times \Delta t$$

D’autre part, si l’électrolyse a permis un transfert de $n(\mathrm{e^-})$ moles d’électrons entre les deux électrodes :


$$Q = n(\mathrm{e^-})\times {\color{#FFF056} N_A \times\mathrm{e}}=n(\mathrm{e^-})\times {\color{#FFF056} \mathcal{F}}$$

  • $\mathrm{e} = \pu{1,6e-19 C}$, charge élémentaire
  • $N_A = \pu{6,02e23 mol-1}$, constante d'Avogadro
  • $\mathcal{F}=\pu{9,65e4 C*mol-1}$, constante de Faraday

Exemple 1 : électrolyse de l’eau

Exemple 2 : cuivrage d’un métal

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