Question:
Anode / cathode positive ou négative dans la cellule électrolytique / galvanique
1110101001
2014-09-27 07:37:56 UTC
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Dans une cellule galvanique (voltaïque), l'anode est considérée comme négative et la cathode est considérée comme positive. Cela semble raisonnable car l'anode est la source d'électrons et la cathode est l'endroit où les électrons circulent.

Cependant, dans une cellule électrolytique, l'anode est considérée comme positive alors que la cathode est maintenant négative. Cependant, la réaction est toujours similaire, selon laquelle les électrons de l'anode circulent vers la borne positive de la batterie, et les électrons de la batterie s'écoulent vers la cathode.

Alors, pourquoi le signe de la cathode et de l'anode change-t-il lorsqu'on considère une cellule électrolytique?

Sept réponses:
#1
+42
Philipp
2014-09-27 09:02:48 UTC
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L'anode est l'électrode où la réaction d'oxydation

\ begin {align} \ ce {Red -> Ox + e -} \ end {align}

a lieu pendant la cathode est l'électrode où s'effectue la réaction de réduction

\ begin {align} \ ce {Ox + e- -> Red} \ end {align}

. C'est ainsi que la cathode et l'anode sont définies.

Cellule galvanique

Maintenant, dans une cellule galvanique, la réaction se déroule sans qu'un potentiel externe ne l'aide. Puisque à l'anode vous avez la réaction d'oxydation qui produit des électrons, vous obtenez une accumulation de charge négative au cours de la réaction jusqu'à ce que l'équilibre électrochimique soit atteint. Ainsi l'anode est négative.

Au niveau de la cathode, par contre, vous avez la réaction de réduction qui consomme des électrons (laissant derrière elle des ions positifs (métalliques) à l'électrode) et conduit ainsi à une accumulation de charge positive au cours de la réaction jusqu'à ce que l'équilibre électrochimique soit atteint. Ainsi la cathode est positive.

Cellule électrolytique

Dans une cellule électrolytique, vous appliquez un potentiel externe pour forcer la réaction à aller dans la direction opposée. Maintenant, le raisonnement est inversé. À l'électrode négative où vous avez produit un potentiel d'électrons élevé via une source de tension externe, les électrons sont «expulsés» de l'électrode, réduisant ainsi les espèces oxydées $ \ ce {Ox} $, car le niveau d'énergie électronique à l'intérieur de l'électrode (Fermi Level) est plus élevé que le niveau d'énergie du LUMO de $ \ ce {Ox} $ et les électrons peuvent réduire leur énergie en occupant cette orbitale - vous avez des électrons très réactifs pour ainsi dire. L'électrode négative sera donc celle où la réaction de réduction aura lieu et donc c'est la cathode.

À l'électrode positive où vous avez produit un faible potentiel d'électrons via une source de tension externe, les électrons sont "aspirés" dans l'électrode, laissant derrière l'espèce réduite $ \ ce {Red} $ car le niveau d'énergie électronique à l'intérieur de l'électrode Niveau de Fermi) est inférieur au niveau d'énergie du HOMO de $ \ ce {Red} $. Donc l'électrode positive sera celle où la réaction d'oxydation aura lieu et donc c'est l'anode.

Une histoire d'électrons et de chutes d'eau

Depuis là est une certaine confusion concernant les principes sur lesquels fonctionne une électrolyse, je vais essayer une métaphore pour l'expliquer. Les électrons circulent d'une région à fort potentiel vers une région à faible potentiel, tout comme l'eau tombe dans une cascade ou coule dans un plan incliné. La raison est la même: l'eau et les électrons peuvent réduire leur énergie de cette façon. Maintenant, la source de tension externe agit comme deux grandes rivières reliées à des chutes d'eau: une à haute altitude qui mène vers une cascade - ce serait le pôle moins - et une à basse altitude qui s'éloigne d'une cascade - ce serait le plus pôle. Les électrodes seraient comme les points de la rivière juste avant ou après les chutes d'eau sur cette image: la cathode est comme le bord d'une cascade où l'eau tombe et l'anode est comme le point où l'eau tombe.

Ok, que se passe-t-il lors de la réaction d'électrolyse? À la cathode, vous avez la situation en haute altitude. Ainsi, les électrons se dirigent vers le «bord de leur cascade». Ils veulent «tomber» parce que derrière eux la rivière pousse vers le bord en exerçant une sorte de «pression». Mais où peuvent-ils tomber? L'autre électrode en est séparée par la solution et généralement un diaphragme. Mais il y a des molécules $ \ ce {Ox} $ qui ont des états vides qui se trouvent énergétiquement en dessous de celui de l'électrode. Ces états vides sont comme de petits étangs situés à une altitude plus basse où un peu d'eau de la rivière peut tomber. Ainsi, chaque fois qu'une telle molécule $ \ ce {Ox} $ s'approche de l'électrode, un électron en profite pour sauter dessus et la réduire à $ \ ce {Red} $. Mais cela ne signifie pas que l'électrode manque soudainement d'un électron parce que la rivière remplace immédiatement l'électron "expulsé". Et la source de tension (la source de la rivière) ne peut pas se tarir d'électrons car elle tire ses électrons de la prise de courant.

Maintenant l'anode: À l'anode, vous avez la situation à basse altitude. Alors ici, la rivière est plus basse que tout le reste. Vous pouvez maintenant imaginer les états HOMO des molécules $ \ ce {Red} $ comme de petits lacs barrières situés à une altitude plus élevée que notre rivière. Quand une molécule $ \ ce {Rouge} $ s'approche de l'électrode, c'est comme si quelqu'un ouvrait les vannes du barrage du lac de barrage. Les électrons s'écoulent du HOMO dans l'électrode créant ainsi une molécule $ \ ce {Ox} $. Mais les électrons ne restent pas dans l'électrode, pour ainsi dire, ils sont emportés par la rivière. Et comme la rivière est une entité si vaste (beaucoup d'eau) et se jette généralement dans un océan, la petite «eau» qui y est ajoutée ne change pas beaucoup la rivière. Il reste le même, inchangé, de sorte que chaque fois qu’une vanne d’inondation est ouverte, l’eau du lac de barrage baisse à la même distance.

Je suis encore un peu confus. Vous dites que "A l'électrode positive où vous avez produit un faible potentiel d'électrons via une source de tension externe, les électrons sont" aspirés dans "l'électrode". Cependant, comme les électrons de l'anode sont aspirés dans la borne positive de la batterie, l'anode ne devrait-elle pas être considérée comme négative?
De plus, puisque par définition l'anode est l'endroit où se produit une perte d'électrons, n'y aura-t-il pas toujours une accumulation de charge négative et donc l'anode ne devrait-elle pas toujours être considérée comme négative?
@user2612743 Dans une cellule électrolytique, vous êtes la personne qui détermine quelle électrode est positive et laquelle est négative via le potentiel externe. Et ce potentiel externe ne s'altère pas au cours de la réaction car les électrons «aspirés» sont transportés par la source de tension. Ainsi, ces électrons ne peuvent pas accumuler une charge négative au niveau de l'électrode et le potentiel de l'électrode reste le même.
@user2612743 Cela aide-t-il? Ou y a-t-il encore des choses incertaines?
Désolé, je suis toujours confus ... C'est ce que j'ai compris jusqu'à présent (merci de me corriger si je me trompe): Dans une cellule galvanique, l'anode est considérée comme négative car elle est la source des électrons (du fait de la réaction d'oxydation ). Pour la cathode dans une cellule galvanique, il semble alors intuitif qu'elle soit positive. Une chose dont je ne suis pas clair dans votre réponse est la phrase «laissant derrière les ions positifs (métalliques) ... ainsi la cathode est positive)». Pourriez-vous nous en dire plus? Ensuite, sur la cellule électrolytique, je ne suis pas clair. L'anode est toujours là où l'oxydation se produit, et les électrons sont toujours (suite)
produit par la réaction d'oxydation, alors pourquoi n'est-il pas négatif? Les électrons circulent de l'anode à la borne positive de la batterie, puis de la borne négative de la batterie à la cathode. Puisque les électrons sont prélevés sur l'anode, l'anode ne devrait-elle pas être négative, et puisque les électrons sont transférés vers la cathode, la cathode ne devrait-elle pas être positive? (Désolé s'il semble que je répète une question à laquelle vous avez déjà répondu ...)
@user2612743 Dans une cellule galvanique, la réaction se déroule spontanément en fonction de la différence d'énergie libre de Gibb $ \ Delta G $. À l'anode, vous avez l'oxydation et les électrons pénètrent dans l'électrode, ce qui entraîne une accumulation de nég. charge. À la cathode, vous avez la réduction et les électrons sortent de l'électrode, ce qui entraîne une accumulation de pos. charge. Les électrodes sont souvent faites de métal et les électrons proviennent de ces atomes métalliques en les laissant créant ainsi des ions métalliques positifs.
@user2612743 Concernant l'électrolyse: Les électrodes sont chargées en fonction du potentiel que vous appliquez. Cette charge n'est pas modifiée pendant la réaction car les électrons qui entrent ou sortent sont immédiatement transportés ou remplacés par la source de tension externe. La source de tension est la force derrière la traction que les électrons ressentent à l'anode et c'est également la force derrière la poussée que les électrons ressentent dans la cathode. Les électrons ne circulent pas directement de l'anode à la cathode. Ils sont plutôt collectés et redistribués par la source de tension, pour ainsi dire.
Merci de votre patience pour expliquer! : D Vos explications ci-dessus ont dissipé mes doutes sur les cellules galvaniques. Cependant, pour la cellule électrolytique, vous dites que «Les électrodes sont chargées en fonction du potentiel que vous appliquez.» Cela signifie-t-il que l'anode est considérée comme positive parce qu'elle est connectée à la borne positive de la batterie? Cependant, puisque les électrons circulent vers la borne positive de la batterie, l'anode n'est-elle pas chargée négativement par rapport à la batterie?
#2
+14
Freddy
2014-09-27 09:19:16 UTC
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L'électrode à laquelle l'oxydation a lieu est appelée anode, tandis que l'électrode à laquelle la réduction a lieu s'appelle la cathode.

  Réduction -> cathode Oxydation -> anode  

Si vous voyez une réduction de la cellule galvanique se produire au niveau de l'électrode gauche, celle de gauche est la cathode. L'oxydation a lieu à la bonne électrode, donc la bonne est l'anode.

Alors que dans la cellule électrolytique la réduction a lieu à la bonne électrode, la bonne est donc la cathode. L'oxydation a lieu au niveau de l'électrode gauche, donc celle de gauche est l'anode.

enter image description here

Oui, j'ai compris, mais pourquoi l'anode est-elle considérée comme négative dans une cellule galvanique mais positive dans une cellule électrolytique?
Sauf si quelque chose me manque, je ne comprends pas encore tout à fait pourquoi l'anode est considérée comme négative dans une cellule galvanique mais positive dans une cellule électrolytique ...
@user2612743 J'ai essayé de clarifier les choses, voyez si vous l'obtenez.
Ma question portait sur la convention de signe pour la cathode et l'anode, pas sur la définition de l'anode et de la cathode. Je comprends que l'oxydation se produit à l'anode et la réduction se produit à la cathode. Je cherche à comprendre pourquoi la cathode est considérée comme positive dans une cellule galvanique mais négative dans une cellule électrolytique.
#3
+4
Daniel
2015-02-07 09:35:18 UTC
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Je ne suis ni un expert ni un érudit, mais d'après ce que je lis dans toutes ces explications, et ce que je remarque sur l'illustration, cela devient évident ... du moins pour moi ... ce que je pense peut clarifier changement de polarité entre la cellule galvanique et la cellule électrolytique pour cet utilisateur.

Comme établi et compris, la source d'électrons et le transfert d'ions s'écoule du pôle négatif, (Anode) et est reçue par le pôle positif ( Cathode) (en utilisant intentionnellement les termes les plus élémentaires) l'anode est négative ici parce que le flux provient de l'électrolyte, dans l'ampoule, pour laquelle, si les bornes de l'ampoule étaient étiquetées, elles correspondraient à l'électrolyte dans l'autre cellule comme c'est la force provenant de l'ampoule qui pousse le flux vers la cathode de la cellule, et la cathode de la cellule tire de l'ampoule.

Dans la cellule électrolytique, «l'électrolyte» prend le rôle de l'ampoule de la cellule galvanique, puisque les électrons y sont ENVOYÉS à partir de la source d'alimentation, et n'est pas en soi la SOURCE du flux, mais est SOUMIS À la force de la source du flux.

Donc tout comme l'anode de la cellule galvanique envoie à l'ampoule, et l'électrolyte est étiqueté comme la charge de la cellule galvanique, et transfère sa force négative entrante de la source de courant, et cela pousse à travers l'électrolyte comme le flux DE L'ampoule.

Cela peut être plus facile si vous notez que la SOURCE d'alimentation n'est PAS l'électrolyte et techniquement, la borne noire de l'alimentation est la VRAIE anode (Envoi), et le côté rouge la VRAIE Cathode, (Réception) mais lors de l'identification de la substance réactive submergée / entourée par la substance électrolytique, l'anode abandonne ses ions, qui s'ajoutent alors à la Cathode qui les reçoit.

Par conséquent, les balises dans la cellule électrolytique ne nomment pas la "source de flux", mais la réaction des substances impliquées, due à la force / flux qui leur est imposée par la source d'alimentation, mais n'est pas LA source d'énergie, et ne doit donc pas être étiqueté AS one ... et il n'y a que deux options pour les étiqueter, et comme il ne peut pas être changé au niveau de la source d'alimentation, il ne peut être changé qu'au point de contact avec l'électrolyte!

C'est au moins ce que j'ai compris en examinant les commentaires et les illustrations.

J'espère sincèrement que cela aidera à clarifier la justification de l'inversion des libellés pour cet utilisateur et d'autres lutter avec le concept d'être dû à la source de courant devant être étiquetée comme - Anode et + Cathode ... forçant l'objet sur lequel le courant joue à être le contraire malgré leurs pôles et en raison du sens du flux.

#4
+4
PAEP
2018-12-17 18:34:11 UTC
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Je veux dire cette réponse comme un complément aux réponses précédentes.

Comme déjà expliqué, dans l ' anode , vous aurez toujours une réaction d'oxydation $ \ mathrm {\; Rouge \; \ longrightarrow \; Ox + e ^ -} $ , tandis que dans la cathode vous observerez la réaction de réduction $ \ mathrm {\; Red \; + e ^ - \ longrightarrow \; Ox} $ .

Les réactions de réduction et d'oxydation sont toujours couplées, donc une électrode agit comme une source d'électrons et l'autre comme un puits. Dans la cellule galvanique, la réaction globale est spontanée et le courant circule de l'anode vers la cathode. D'un autre côté, dans une cellule électrolytique, nous conduisons la réaction dans un sens non spontané en appliquant un potentiel externe (par exemple, en utilisant une alimentation).

Je pense que cette image devrait clarifier l'opération des deux types de cellules, les processus qui se produisent à chaque électrode et la convention de signe.

galvanic versus electrolytic cell

Bien que cela illustre une réaction spécifique, vous pouvez le généraliser à d'autres systèmes.

La source de l'image est Electrolysis I at Chemistry.LibreTexts.

#5
+2
Karsten Theis
2020-06-30 23:57:16 UTC
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Les (+) et (-) font référence au flux d'électrons dans l'alimentation. Dans une cellule galvanique (voltaïque), la cellule elle-même est l'alimentation électrique. Dans une cellule électrolytique, la cellule est reliée à une alimentation externe. Ainsi, alors que la désignation de l'anode et de la cathode est directement liée à la direction du flux d'électrons dans une cellule, comment (+) et (-) se rapportent à l'anode et à la cathode dépend du fait que la réaction se dirige ou non vers l'équilibre (dans le cas batteries rechargeables, que vous soyez en train de vider ou de charger la batterie). En fonction de la direction de la réaction, les étiquettes d'anode et de cathode changent, tandis que les étiquettes (+) et (-) restent les mêmes.

Un exemple illustre cela. Voici deux batteries plomb-acide connectées ensemble d'une certaine manière où le chargé charge le vide:

enter image description here

Les étiquettes (+) et (-) se rapportent à la direction où les électrons circuleraient si ils se déchargent (bien sûr, la batterie déchargée ne peut plus se décharger, donc vous ne pouvez pas le dire expérimentalement). Les étiquettes d'anode et de cathode se réfèrent à la situation spécifique. Donc, si vous connectez une alimentation à tension plus élevée à la batterie chargée au lieu de la batterie déchargée, vous la rechargez davantage. Cela inverserait la réaction chimique dans cette batterie, et les étiquettes d'anode et de cathode devraient être commutées.

Dans un scénario différent, vous pourriez prendre deux batteries de 12 volts et les connecter en série (connectez (+ ) de l'un avec (-) de l'autre). Cela vous donnerait une batterie de 24 volts, et si vous y attachez un consommateur, la cathode serait (+) et l'anode serait (-) pour les deux.

Pour la batterie au plomb, ( +) et (-) ne changent jamais, il est donc bon d'étiqueter les électrodes de façon permanente. Dans une cellule de concentration, (+) et (-) dépendent de la concentration d'espèces redox dans les deux demi-cellules, vous ne pouvez donc pas les étiqueter "avec un marqueur permanent".

#6
+1
Abel Friedman
2014-09-27 09:02:38 UTC
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L'anode est l'électrode à laquelle la demi-réaction d'oxydation a lieu.

Dans une cellule galvanique, la réaction est spontanée, il n'y a pas de potentiel externe appliqué, et lorsque le matériau de l'anode est oxydé cela fait de l'anode l'électrode négative. Dans une cellule électrolytique, c'est le potentiel externe qui commande la réaction, l'anode est l'électrode où se produit la réaction d'oxydation, par conséquent cette fois c'est l'électrode au potentiel positif.

«L'anode est l'électrode où se produit la réaction d'oxydation, par conséquent cette fois c'est l'électrode au potentiel positif.» Je ne vois pas le lien entre ces deux affirmations. L'oxydation ne se produit-elle pas toujours au niveau de l'anode, qu'il s'agisse d'une cellule galvanique ou électrolytique? Alors pourquoi est-il considéré comme positif pour une cellule électrolytique mais négatif pour une cellule galvanique?
#7
+1
Poutnik
2019-10-07 22:13:27 UTC
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Je viens d'ajouter un bon outil mnémotechnique pour se souvenir de la convention de dénomination:

Anode = anabasis (du grec ana = "upward", bainein = "faire un pas ou marcher"), les électrons remonteraient de l'électrode au fil = oxydation

Xénophon, Anabasis, "The March Up Country"

Cathode = cathabasis (le voyage vers le bas), les électrons descendraient du fil à l'électrode = réduction^


Les termes anabasis / catabasis ont également une application dans d'autres domaines. Par exemple. Les processus anabatiques / cathabatiques en météorologie synoptique sont des processus liés à la convection ascendante / descendante de l'air, comme à l'avant et à l'arrière du front froid du 2ème type.

C'est de l'étymologie.Un mnémonique est un chat rouge rencontre un bœuf, avec une image mentale (ou une image réelle, par exemple https://ih1.redbubble.net/image.735512886.1741/flat,750x,075,f-pad,750x1000,f8f8f8.u2.jpg)
En fait, c'est les deux.Les anodes ont un flux d'électrons s'élevant vers le circuit, des cathodes tombant du circuit, indépendamment du fait qu'elles soient électrolytiques ou galvaniques."toute technique d'apprentissage qui facilite la rétention ou la récupération d'informations (se souvenir) dans la mémoire humaine." [Mnemonic] (https://en.wikipedia.org/wiki/Mnemonic)
Je vois.Je n'imaginais pas une situation à deux bécher avec les électrodes plongées par le haut.La plupart des batteries de nos jours peuvent être dans n'importe quelle orientation arbitraire.
Les cellules réelles ont certainement des formes, une orientation et une géométrie générale variées, mais les images mentales d'un modèle de cellule générique sont généralement toujours les mêmes: 2 électrodes plongées dans la solution.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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