La principale différence entre les cellules galvaniques et les cellules électrolytiques réside dans le sens du flux d'électrons, la nature des réactions (spontanées ou non) et leurs processus de conversion énergétique.Dans une cellule galvanique, les électrons circulent de l'anode vers la cathode en raison d'une réaction chimique spontanée qui génère de l'énergie électrique.À l'inverse, dans une cellule électrolytique, une source d'énergie électrique externe entraîne une réaction non spontanée, qui fait circuler les électrons de la cathode vers l'anode.Les cellules galvaniques sont utilisées dans les piles, tandis que les cellules électrolytiques sont employées dans des processus tels que la galvanoplastie et la purification des métaux.
Explication des points clés :
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Direction du flux d'électrons:
- Cellule galvanique:Les électrons circulent de l'anode vers la cathode.En effet, l'anode subit une oxydation (perte d'électrons) et la cathode subit une réduction (gain d'électrons).Le flux est alimenté par la réaction chimique spontanée qui se produit dans la cellule.
- Cellule électrolytique:Les électrons circulent de la cathode vers l'anode.Ici, une tension externe est appliquée pour entraîner une réaction non spontanée, forçant les électrons à se déplacer dans la direction opposée à celle d'une cellule galvanique.
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Nature des réactions:
- Cellule galvanique:La réaction chimique est spontanée, c'est-à-dire qu'elle se produit sans apport d'énergie extérieure.L'énergie libre de Gibbs (ΔG) de la réaction est négative, ce qui indique que la réaction libère de l'énergie.
- Cellule électrolytique:La réaction chimique n'est pas spontanée et nécessite une source d'énergie électrique externe pour se produire.L'énergie libre de Gibbs (ΔG) de la réaction est positive, ce qui indique que de l'énergie doit être fournie pour entraîner la réaction.
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Conversion d'énergie:
- Cellule galvanique:Convertit l'énergie chimique en énergie électrique.La réaction spontanée d'oxydoréduction dans la cellule génère un courant électrique qui peut être utilisé pour alimenter des appareils.
- Cellule électrolytique:Convertit l'énergie électrique en énergie chimique.L'énergie électrique externe est utilisée pour entraîner une réaction chimique qui ne se produirait pas spontanément, comme la décomposition de l'eau en hydrogène et en oxygène.
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Applications:
- Cellule galvanique:Couramment utilisé dans les batteries et les piles à combustible pour fournir de l'énergie électrique portable.Les piles alcalines et les batteries lithium-ion en sont des exemples.
- Cellule électrolytique:Utilisé dans des processus tels que la galvanoplastie, où un revêtement métallique est déposé sur une surface, et dans la purification des métaux, où les métaux impurs sont raffinés.Un autre exemple est l'électrolyse de l'eau pour produire des gaz d'hydrogène et d'oxygène.
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Configuration de la cellule:
- Cellule galvanique:Il se compose généralement de deux demi-cellules séparées, reliées par un pont salin ou une membrane poreuse.Chaque demi-cellule contient une électrode et un électrolyte, et le pont salin permet aux ions de circuler entre les demi-cellules pour maintenir la neutralité électrique.
- Cellule électrolytique:Il s'agit généralement d'un récipient à cellule unique dont les deux électrodes sont immergées dans la même solution électrolytique.Une source d'énergie externe est connectée aux électrodes pour alimenter la réaction non spontanée.
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Polarité des électrodes:
- Cellule galvanique:L'anode est chargée négativement et la cathode est chargée positivement.En effet, l'anode libère des électrons lors de l'oxydation, tandis que la cathode accepte des électrons lors de la réduction.
- Cellule électrolytique:L'anode est chargée positivement et la cathode est chargée négativement.La source de tension externe force l'anode à attirer les anions (ions chargés négativement) et la cathode à attirer les cations (ions chargés positivement).
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Réversibilité:
- Cellule galvanique:Généralement non rechargeable, car les réactions chimiques sont conçues pour se dérouler dans une seule direction afin de générer de l'énergie électrique.Une fois les réactifs épuisés, la cellule ne peut pas être facilement rechargée.
- Cellule électrolytique:Souvent utilisé dans des processus qui peuvent être inversés, comme la recharge d'une batterie.Cependant, la cellule elle-même n'est généralement pas rechargée ; elle est plutôt utilisée pour provoquer un changement chimique dans un autre système.
En comprenant ces différences essentielles, on peut mieux apprécier les rôles et les mécanismes distincts des cellules galvaniques et électrolytiques dans diverses applications, du stockage de l'énergie aux processus industriels.
Tableau récapitulatif :
| Aspect | Cellule galvanique | Cellule électrolytique |
|---|---|---|
| Flux d'électrons | De l'anode à la cathode (spontané) | Cathode vers anode (sous l'effet d'une énergie externe) |
| Nature de la réaction | Spontanée (ΔG < 0) | Non spontanée (ΔG > 0) |
| Conversion d'énergie | Énergie chimique → Énergie électrique | Énergie électrique → Énergie chimique |
| Applications | Batteries, piles à combustible | Placage électrolytique, purification des métaux, électrolyse de l'eau |
| Configuration de la cellule | Deux demi-cellules avec un pont salin | Cellule unique avec les deux électrodes dans le même électrolyte |
| Polarité des électrodes | Anode :Négative, Cathode : Positive | Anode :Positive, Cathode : négative |
| Réversibilité | Non rechargeable | Utilisées dans des processus réversibles (par exemple, pour recharger des batteries) |
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