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La cellule galvanique doit son nom à son inventeur, le physicien italien Luigi Galvani. En 1780, Galvani a montré que lorsque deux métaux différents sont connectés l’un à l’autre à une extrémité, tandis que les autres extrémités sont reliées par des pattes de grenouille, les pattes de grenouille se contractent, indiquant un flux d’électricité. Au début, il a appelé son appareil un “circuit animal”. Dans l’idée de corriger l’idée de Galvani selon laquelle la présence de matière vivante était nécessaire au fonctionnement du circuit, Alessandro Volta a développé la même cellule sans aucune composante biologique. C’était une réalisation sans précédent jusque-là, c’est pourquoi les termes “galvanique” et “voltaïque” sont utilisés de manière interchangeable aujourd’hui .
Une cellule galvanique ou voltaïque est un espace électrochimique qui convertit l’énergie chimique en énergie électrique . Cette conversion est réalisée en profitant de l’énergie produite par les réactions redox qui ont lieu à l’intérieur de la cellule.
Réactions redox
Une cellule galvanique est une cellule électrochimique qui est autorisée à fonctionner spontanément. Dans une cellule galvanique, les deux électrodes doivent être reliées extérieurement pour compléter le circuit électrique avec une charge externe et ainsi éviter les courts-circuits. De cette façon, le courant peut être exploité et utilisé pour fournir de l’énergie électrique dans des batteries ou des piles à combustible. Ainsi, la conversion énergétiquement favorable des substances chimiques donne lieu à de l’énergie électrique par des réactions redox.
Le terme chimique “redox” est l’abréviation de réduction-oxydation et représente deux réactions chimiques qui se produisent simultanément pour échanger des électrons. D’un point de vue chimique, le réactif qui perd ses électrons est oxydé, tandis que le réactif qui gagne ces mêmes électrons est réduit.
Configuration de la cellule galvanique
Il existe deux configurations principales pour une cellule galvanique. Dans les deux cas, les demi-réactions d’oxydation et de réduction sont séparées et reliées par un fil, forçant les électrons à le traverser. Dans l’une des configurations, les demi-réactions sont reliées par un disque poreux, dans l’autre, les demi-réactions sont reliées par un pont salin.
Le but du disque poreux et du pont salin est de permettre aux ions de circuler entre les demi-réactions sans trop mélanger les solutions, permettant ainsi aux solutions de rester neutres en charge.
Le transfert d’électrons de la demi-cellule d’oxydation vers la demi-cellule de réduction conduit à une accumulation de charge positive dans la première et de charge négative dans la seconde. D’autre part, s’il n’y avait aucun moyen pour les ions de circuler entre la solution, cette accumulation de charge s’opposerait et diviserait par deux le flux d’électrons entre l’ anode et la cathode .
Sources
- Cellules galvaniques. (2019). Textes libres.
- Image : Wikimédia commons.
- Portail électrochimique : cellules voltaïques. Université du Wisconsin
