Qu'est-ce qu'un processus électrochimique?
Un processus électrochimique est une réaction chimique provoquée ou causée par le mouvement du courant électrique. Ces processus sont un type de réaction d'oxydoréduction dans laquelle un atome ou une molécule perd un électron en un autre atome ou une molécule. Dans les réactions électrochimiques, les atomes ou les molécules de la réaction sont relativement éloignés les uns des autres par rapport aux autres réactions, ce qui oblige les électrons transférés à parcourir une plus grande distance et à produire ainsi un courant électrique. De nombreux phénomènes naturels sont basés sur des processus électrochimiques, tels que la corrosion des métaux, la capacité de certaines créatures de la mer à générer des champs électriques et le fonctionnement du système nerveux de l'homme et d'autres animaux. Ils jouent également un rôle important dans la technologie moderne, notamment dans le stockage de l'énergie électrique dans les batteries, et le processus électrochimique appelé électrolyse est important dans l'industrie moderne.
Les activités des systèmes nerveux, allant des simples réactions et comportements instinctifs que l'on trouve même chez les animaux primitifs aux capacités complexes d'apprentissage et de raisonnement des êtres humains, dépendent des processus électrochimiques. Les neurones utilisent des processus électrochimiques pour transmettre des informations à travers le système nerveux, ce qui permet au système nerveux de communiquer avec lui-même et avec le reste du corps. Pour envoyer un signal, les processus chimiques dans le neurone génèrent une impulsion électrique qui est envoyée à travers une structure allongée appelée axone jusqu'à ce qu'elle atteigne la synapse, le point de contact entre le neurone et les cellules voisines. À la synapse, l'électricité provoque la libération de substances chimiques appelées neurotransmetteurs, qui traversent la synapse à la cellule en cours de signalisation. Les neurotransmetteurs se lient ensuite chimiquement à des structures appelées récepteurs sur la cellule cible, déclenchant d'autres processus biochimiques au sein de celle-ci.
La capacité des poissons tels que les anguilles électriques, les astronomes et les rayons torpilles à produire des champs électriques est le résultat d'un processus électrochimique. Les poissons électriques possèdent des cellules spécialisées appelées électrocytes. Les protéines de transport se lient aux ions positifs de potassium et de sodium dans la cellule et les emportent, créant une charge électrique dans la cellule. Lorsque cette électricité est nécessaire, une partie du système nerveux appelée noyau de commande médullaire envoie une impulsion électrique aux autres cellules nerveuses, ce qui déclenche la libération du neurotransmetteur acétylcholine. Le neurotransmetteur se lie aux récepteurs de l'acétylcholine des électrocytes, ce qui déclenche la libération de la charge des électrocytes.
Les batteries électriques utilisent des processus électrochimiques pour stocker et libérer de l'électricité. Les réactions chimiques au sein des cellules électriques constituant la batterie créent une différence de charge entre les deux moitiés de chaque cellule, produisant un courant électrique. Les piles rechargeables produisent de l’électricité dont les réactions chimiques sont réversibles. Elles peuvent donc retrouver leur configuration chimique d’origine si l’électricité est appliquée à partir d’une source extérieure. Les réactions dans les batteries non rechargeables n’ont pas cette qualité, bien qu’elles produisent généralement plus de courant électrique qu’une batterie rechargeable ne peut en fournir en une seule charge.
Une variété de réactions chimiques différentes sont utilisées dans les batteries. Les piles au nickel-cadmium, qui sont couramment utilisées dans les lampes et les appareils ménagers, reposent sur des réactions séparées du cadmium et du nickel avec un alcalin, généralement une solution d’hydroxyde de potassium (KOH), et de l’eau. Les batteries nickel-hydrure métallique sont similaires, mais remplacez le cadmium par un composé intermétallique à base de manganèse, d'aluminium ou de cobalt mélangé à des métaux de terres rares tels que le praséodyme, le lanthane et le cérium. Les batteries au lithium peuvent utiliser diverses réactions impliquant des composés du lithium, le type le plus courant utilisant du dioxyde de manganèse (MnO 2 ) et une solution de perchlorate de lithium (LiClO 4 ), de diméthoxyéthane (C 4 H 10 O 2 ) et de carbonate de propylène (C 4 H 6 O 3 ).
L'électrolyse est un processus électrochimique dans lequel le courant électrique est utilisé pour déclencher des réactions chimiques dans une substance contenant des ions libres, appelée électrolyte. L'électrolyte est soit fondu, soit dissous dans un solvant, et deux électrodes, appelées anode et cathode, y sont immergées. Lorsqu'un potentiel électrique est appliqué entre les électrodes, de l'électricité commence à circuler entre elles et chaque électrode commence à attirer des ions avec une charge opposée à sa propre charge. Les ions gagnent ou perdent des électrons aux électrodes, ce qui provoque l'oxydation des molécules proches de l'anode et la réduction de celles proches de la cathode. L’électrolyse est utilisée dans de nombreux domaines de procédés industriels, notamment la métallurgie, la production de produits chimiques tels que le chlorate de potassium et l’acide trifluoroacétique (KClO 3 ) (C 2 HF 3 O 2 ), ainsi que l’extraction d’éléments hautement réactifs qui ne se trouvent pas dans leur composition. nature sous forme élémentaire, comme le sodium et le magnésium.