Les cellules galvaniques et les cellules électrolytiques sont toutes deux des types de cellules électrochimiques, mais elles diffèrent fondamentalement dans leur fonctionnement, leur objectif et leurs processus de conversion énergétique.Une cellule galvanique convertit l'énergie chimique en énergie électrique par le biais d'une réaction d'oxydoréduction spontanée, tandis qu'une cellule électrolytique utilise l'énergie électrique pour entraîner une réaction chimique non spontanée, convertissant ainsi l'énergie électrique en énergie chimique.Les principales distinctions résident dans la spontanéité des réactions, la direction du flux d'électrons, le rôle des sources d'énergie externes et leurs applications pratiques.Les piles galvaniques sont couramment utilisées dans les batteries, tandis que les piles électrolytiques sont employées dans des processus tels que la galvanoplastie et l'électrolyse.
Explication des points clés :
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Processus de conversion de l'énergie:
- Cellule galvanique:Convertit l'énergie chimique en énergie électrique.La réaction d'oxydoréduction est spontanée, c'est-à-dire qu'elle se produit naturellement sans intervention extérieure.Cette spontanéité est due à l'énergie libre de Gibbs négative (ΔG) de la réaction.
- Cellule électrolytique:Convertit l'énergie électrique en énergie chimique.La réaction d'oxydoréduction n'est pas spontanée et nécessite une source d'énergie externe pour se produire.Il en résulte une énergie libre de Gibbs (ΔG) positive pour la réaction.
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Spontanéité des réactions:
- Cellule galvanique:Les réactions sont spontanées, c'est-à-dire qu'elles se produisent sans apport d'énergie extérieure.La cellule génère de l'énergie électrique à la suite de la réaction d'oxydoréduction.
- Cellule électrolytique:Les réactions ne sont pas spontanées et nécessitent une tension externe pour entraîner la réaction.La source d'énergie externe fournit l'énergie nécessaire pour forcer la réaction à se produire.
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Direction du flux d'électrons:
- Cellule galvanique:Les électrons circulent de l'anode (où se produit l'oxydation) à la cathode (où se produit la réduction) à travers un circuit externe.Ce flux d'électrons constitue le courant électrique généré par la cellule.
- Cellule électrolytique:Les électrons sont forcés de circuler dans la direction opposée par la source d'énergie externe.L'anode devient le site d'oxydation et la cathode le site de réduction, mais le sens du flux d'électrons est inversé par rapport à une cellule galvanique.
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Rôle de la source d'énergie externe:
- Cellule galvanique:Aucune source d'énergie externe n'est nécessaire.La cellule elle-même est la source d'énergie électrique, générée par la réaction chimique spontanée.
- Cellule électrolytique:Nécessite une source d'énergie externe pour fournir l'énergie électrique nécessaire à la réaction chimique non spontanée.
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Applications pratiques:
- Cellule galvanique:Couramment utilisé dans les batteries et les piles à combustible.Les exemples incluent la cellule Daniell et les piles alcalines courantes utilisées dans les appareils de tous les jours.
- Cellule électrolytique:Utilisé dans des processus tels que la galvanoplastie, l'électrolyse de l'eau pour produire de l'hydrogène et de l'oxygène, et le raffinage de métaux tels que l'aluminium.
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Rechargeabilité:
- Cellule galvanique:Certaines cellules galvaniques, comme les piles rechargeables, peuvent être rechargées en appliquant une tension externe pour inverser les réactions chimiques.
- Cellule électrolytique:Généralement non rechargeables.Ils sont conçus pour utiliser l'énergie électrique afin d'entraîner des réactions chimiques, et les produits de ces réactions sont souvent collectés ou utilisés dans d'autres processus.
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Convention d'appellation des électrodes:
- Cellule galvanique:L'anode est l'électrode où se produit l'oxydation et la cathode celle où se produit la réduction.Les électrons circulent de l'anode à la cathode.
- Cellule électrolytique:L'anode est toujours le site d'oxydation et la cathode est le site de réduction, mais le sens du flux d'électrons est inversé en raison de la source d'énergie externe.
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Fonction de l'électrolyte:
- Cellule galvanique:L'électrolyte facilite le mouvement des ions entre les électrodes pour maintenir l'équilibre des charges lorsque les électrons circulent dans le circuit externe.
- Cellule électrolytique:L'électrolyte facilite également le mouvement des ions, mais son rôle principal est de soutenir la réaction non spontanée entraînée par la source d'énergie externe.
En résumé, bien que les cellules galvaniques et électrolytiques impliquent toutes deux des réactions d'oxydoréduction et le mouvement d'électrons et d'ions, elles ont des objectifs différents et fonctionnent dans des conditions différentes.Les cellules galvaniques sont des sources d'énergie qui génèrent de l'électricité à partir de réactions spontanées, tandis que les cellules électrolytiques consomment de l'électricité pour entraîner des réactions non spontanées, souvent à des fins industrielles ou de traitement chimique.
Tableau récapitulatif :
| Aspect | Cellule galvanique | Cellule électrolytique |
|---|---|---|
| Conversion d'énergie | Conversion de l'énergie chimique en énergie électrique (réaction spontanée). | Convertit l'énergie électrique en énergie chimique (réaction non spontanée). |
| Spontanéité | Les réactions sont spontanées (ΔG < 0). | Les réactions sont non spontanées (ΔG > 0) et nécessitent une énergie extérieure. |
| Flux d'électrons | Les électrons circulent de l'anode à la cathode à travers un circuit externe. | Les électrons circulent en sens inverse en raison d'une source d'énergie externe. |
| Énergie externe | Aucune source d'énergie externe n'est nécessaire. | Nécessite une source d'énergie externe pour entraîner la réaction. |
| Applications | Utilisé dans les batteries et les piles à combustible (par exemple, la pile Daniell, les piles alcalines). | Utilisé dans la galvanoplastie, l'électrolyse et l'affinage des métaux (par exemple, l'aluminium). |
| Rechargeabilité | Certains sont rechargeables (par exemple, les piles rechargeables). | Généralement non rechargeables. |
| Désignation des électrodes | Anode : oxydation, cathode : réduction. | Anode : oxydation, cathode : réduction (flux d'électrons inversé). |
| Fonction de l'électrolyte | Facilite le mouvement des ions pour maintenir l'équilibre des charges. | Soutient les réactions non spontanées entraînées par une énergie externe. |
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