Électrolyse : forcer la nature chimique

Imagine que tu es en bas d'un toboggan. Pour remonter, tu dois fournir un effort ou utiliser un moteur, car cela va contre le sens naturel de la gravité. En chimie, l'électrolyse fonctionne exactement de la même manière.

Une électrolyse est une transformation forcée. On utilise un générateur électrique pour obliger une réaction chimique à se produire dans le sens inverse de son évolution spontanée ($Q<K$). Le système s'éloigne de son état d'équilibre.

C'est le générateur qui impose tout. Le courant $I$ sort du pôle positif (+) et rentre par le pôle négatif (-). Les porteurs de charge négative (les électrons) circulent toujours en sens inverse du courant dans les fils.

Les noms des électrodes se définissent par la réaction qui s'y produit : la cathode est le siège de la réduction, l'anode est le siège de l'oxydation. Dans une électrolyse, l'anode est donc reliée au pôle (+) et la cathode au pôle (-).

Le but est souvent de relier l'électricité consommée à la quantité de matière produite. La charge électrique totale $Q$ qui traverse le circuit dépend de l'intensité $I$ (supposée constante) et de la durée de l'expérience.

Cette charge $Q$ correspond au transport d'une quantité de moles d'électrons notée $n({\mathrm{e}}^{-})$. La constante de Faraday ($F\approx 96500\text{ C/mol}$) est la charge d'une mole d'électrons. On a la relation : $Q=n({\mathrm{e}}^{-})\times F$.

Une fois $n({\mathrm{e}}^{-})$ connu, utilise la demi-équation de réaction pour trouver la quantité de matière du produit formé. La stœchiométrie est l'étape clé.

Enfin, convertis cette quantité en grandeur mesurable. Pour une masse : $m=n\times M$. Pour un volume de gaz : $V=n\times V_m$. La chaîne de calcul est toujours : $\text{Courant}arrown({\mathrm{e}}^{-})arrown(\text{produit})arrow\text{Masse ou Volume}$.