Pour distinguer les cellules galvaniques des cellules électrolytiques, il est essentiel de comprendre leurs différences fondamentales en matière de conversion d'énergie, de spontanéité des réactions et d'applications.Les cellules galvaniques convertissent l'énergie chimique en énergie électrique par des réactions d'oxydoréduction spontanées, ce qui permet de les utiliser dans des piles.En revanche, les cellules électrolytiques nécessitent une source d'énergie externe pour entraîner des réactions non spontanées, convertissant l'énergie électrique en énergie chimique.Ces cellules sont couramment utilisées dans des processus tels que la galvanoplastie et la purification des métaux.Les principales différences sont le sens du flux d'énergie, la spontanéité des réactions et la polarité des électrodes.
Explication des points clés :
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Conversion de l'énergie et source d'énergie:
- Cellules galvaniques:convertissent l'énergie chimique en énergie électrique.Elles tirent leur énergie de réactions d'oxydoréduction spontanées, ce qui signifie qu'aucune source d'énergie externe n'est nécessaire.Ces cellules sont autonomes et peuvent produire de l'électricité tant que les réactifs sont disponibles.
- Cellules électrolytiques:convertissent l'énergie électrique en énergie chimique.Ils nécessitent une source d'énergie externe (comme une batterie ou une alimentation CA/CC) pour entraîner des réactions non spontanées.L'apport d'énergie externe est nécessaire pour forcer la réaction à se produire.
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Spontanéité de la réaction:
- Cellules galvaniques:Les réactions sont spontanées, c'est-à-dire qu'elles se produisent naturellement sans intervention extérieure.Le changement d'énergie libre de Gibbs (ΔG) pour la réaction est négatif, ce qui indique un processus favorable.
- Cellules électrolytiques:Les réactions ne sont pas spontanées et nécessitent une source d'énergie externe pour se produire.Le changement d'énergie libre de Gibbs (ΔG) est positif, ce qui indique que la réaction ne se produirait pas sans apport d'énergie externe.
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Polarité de l'électrode:
- Cellules galvaniques:L'anode est chargée négativement et la cathode est chargée positivement.En effet, l'anode subit une oxydation (perte d'électrons), tandis que la cathode subit une réduction (gain d'électrons).
- Cellules électrolytiques:L'anode est chargée positivement et la cathode est chargée négativement.Ici, la source d'énergie externe entraîne la réaction, ce qui fait que l'anode attire les anions (ions chargés négativement) et la cathode attire les cations (ions chargés positivement).
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Applications:
- Cellules galvaniques:Principalement utilisé dans les piles et les sources d'énergie portables.Les exemples incluent les piles alcalines, les batteries lithium-ion et les piles à combustible.Ces cellules sont conçues pour stocker et libérer efficacement l'énergie électrique.
- Cellules électrolytiques:Utilisées dans les processus industriels tels que la galvanoplastie, la purification des métaux (par exemple, le raffinage de l'aluminium et du cuivre) et l'électrolyse de l'eau pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène.Ces cellules sont essentielles pour les processus qui nécessitent la décomposition ou la transformation de substances.
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Rechargeabilité:
- Cellules galvaniques:Certains types, comme les piles rechargeables, peuvent être rechargés en inversant la réaction à l'aide d'une source d'énergie externe.Cependant, toutes les cellules galvaniques ne sont pas rechargeables.
- Piles électrolytiques:En général, ils ne sont pas rechargeables car ils sont conçus pour décomposer des substances plutôt que pour stocker de l'énergie.Leur fonction première est de faciliter les réactions chimiques en utilisant l'énergie électrique.
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Équilibre et flux de courant:
- Cellules galvaniques:Fonctionnent dans des conditions de non-équilibre, produisant continuellement du courant électrique tant que les réactifs sont disponibles.Le potentiel de la cellule diminue au fur et à mesure que les réactifs sont consommés.
- Cellules électrolytiques:Ils fonctionnent également dans des conditions de non-équilibre, mais le flux de courant est entraîné par la source d'énergie externe.La réaction se poursuit tant que la tension externe est appliquée.
En comprenant ces différences essentielles, on peut facilement déterminer si une cellule électrochimique donnée est galvanique ou électrolytique en fonction de sa source d'énergie, de la spontanéité de la réaction, de la polarité de l'électrode et de l'application prévue.
Tableau récapitulatif :
| Aspect | Cellules galvaniques | Cellules électrolytiques |
|---|---|---|
| Conversion d'énergie | Énergie chimique → Énergie électrique | Énergie électrique → Énergie chimique |
| Spontanéité de la réaction | Spontanée (ΔG < 0) | Non spontanée (ΔG > 0), nécessite une alimentation externe |
| Polarité des électrodes | Anode :Négative, Cathode : Positive | Anode :Positive, Cathode : négative |
| Applications | Batteries, sources d'énergie portables (par exemple, alcalines, lithium-ion) | Placage électrolytique, purification des métaux, électrolyse de l'eau |
| Rechargeabilité | Certains sont rechargeables (par exemple, les piles rechargeables) | Généralement non rechargeables |
| Équilibre et courant | Fonctionne hors équilibre, le courant diminue à mesure que les réactifs sont consommés. | Fonctionne hors équilibre, le courant est alimenté par une source d'énergie externe. |
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