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Conversions de l'énergie chimique

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L’énergie chimique

  • Une molécule contient une réserve d’énergie qui peut être libérée et transformée en une autre forme d’énergie lors d’une réaction chimique. Cette énergie est l’énergie chimique.

La combustion

  • Une combustion est une réaction chimique où le dioxygène consume un autre réactif, le combustible.
  • La combustion des hydrocarbures libère, si elle est complète, du dioxyde de carbone $CO_2$ et de l’eau $H_2O$.
  • Les combustions incomplètes sont dues au fait que le dioxygène est en défaut, on a formation d’eau de carbone et de monoxyde de carbone.
  • Une réaction de combustion libère de l’énergie, on appelle ce type de réaction une réaction exothermique.

La réaction d’oxydoréduction

  • La réaction d’oxydoréduction consiste en un échange d’électrons entre deux espèces chimiques.
  • Un oxydant est une espèce chimique qui peut capter un ou plusieurs électrons.
  • Un réducteur est une espèce chimique qui peut céder un ou plusieurs électrons.
  • Un oxydant et un réducteur forment un couple redox lorsqu’on peut passer de l’un à l’autre par échange d’électrons. Par convention on note l’oxydant en premier et le réducteur ensuite : $Ox/red$
  • Comme un couple redox permet le passage d’un membre à l’autre par échange d’électron on peut écrire une demi-équation redox pour schématiser cet échange : $Ox+ne^-=Red$
  • Une réduction est un gain d’électrons, un oxydant est donc réduit. Une oxydation est une perte d’électrons, un réducteur est oxydé.
  • Les demi-équations doivent respecter les règles de conservation des éléments et des charges.
  • Voici la méthode pour équilibrer les demi-équations délicates :
  • équilibrer les atomes autres qu’hydrogène et oxygène ;
  • équilibrer les atomes d’oxygène en rajoutant des molécules d’eau $H_2O$
  • équilibrer les atomes d’hydrogène en rajoutant des ions $H{+}$ ;
  • équilibrer les charges en ajoutant des électrons e-.
  • Une réaction d’oxydoréduction est une réaction dans laquelle des électrons sont échangés entre deux espèces appartenant à deux couples redox. Il s’agit de la réaction entre l’oxydant d’un couple et le réducteur d’un autre.
  • Pour deux couples $Ox_1/Red_1$ et $Ox_2/Red_2$ on a : $Ox_1+Red_2=Red_1+Ox_2$
  • Les équations d’oxydoréduction doivent respecter la conservation des charges, donc si les demi-équations redox ne mettent pas en jeu le même nombre d’électrons, il faut appliquer un coefficient multiplicateur.

La pile électrochimique

  • Une pile électrochimique convertit de l’énergie chimique en énergie électrique par le biais d’une réaction d’oxydoréduction entre deux couples.
  • Elle est composée de :
  • deux compartiments comprenant l’oxydant de chacun des deux couples ;
  • deux électrodes composées du métal réducteur des deux couples ;
  • d’un pont salin qui relie les deux électrodes, constitué de cations et d’anion et qui assure la neutralité électrique des deux compartiments.
  • Les deux électrodes sont le siège d’une demi-équation redox, on distingue :
  • l’anode où se déroule une oxydation et qui donc libère des électrons ;
  • la cathode où se déroule une réduction et qui donc capte des électrons.
  • La pile est le siège d’une réaction d’oxydoréduction. Les électrons se déplacent le long des fils de connexion, ce qui va générer un courant électrique.
  • L’anode est le pôle négatif, la cathode est le pôle positif.
  • Au cours du fonctionnement de la pile, elle fournit une quantité d’électricité Q égale au produit de la quantité de matière d’électrons échangés n par la constante de Faraday $F: Q=n\times F$
  • L’intensité délivrée par la pile est le rapport de la quantité d’électricité débitée sur le temps durant lequel la pile débite: $I=Q/\Delta t$