Généralités sur l’oxydoréduction

L’électrochimie est définie comme une discipline scientifique qui s’intéresse aux relations entre la chimie et l’électricité. Elle décrit les phénomènes chimiques couplés à des échanges réciproques d’énergie électrique. L’électrochimie comprend toutes les technologies et les techniques issues des travaux scientifiques telles que l’électrolyse, la corrosion, les piles, les batteries et l’électrodéposition. De plus, l’électrochimie s’intéresse à des systèmes hétérogènes comportant aux deux extrémités des matériaux conducteurs électroniques (métal, carbone…) et, entre ces deux conducteurs, au moins un matériau conducteur ionique (électrolyte liquide ou gélifié, sel fondu…).

GENERALITES SUR L’OXYDOREDUCTION

Définition

Dans tous les processus électrochimiques, on relève plusieurs types de phénomènes associés à un transfert de charge électrique aux interfaces formées par la mise en contact d’électrodes (conduction électronique) et d’un électrolyte (conduction ionique). Lors de ce transfert de charge, on assiste à une transformation chimique : c’est l’oxydoréduction. Elle correspond à un échange d’électrons entre deux composés [33]. Ces réactions d’oxydation et de réduction obéissent au schéma réactionnel suivant :

→ Réduction
Ox + n.e⁻ ⇿ Red
← Oxydation

L’oxydation correspond à la perte totale ou partielle des électrons par l’un des composés tandis que la réduction correspond à l’acquisition de ces électrons par l’autre composé.

Potentiels d’électrode – Formule de Nernst 

Potentiels d’électrode absolu et relatif 

La vérification expérimentale des relations théoriques précédentes établies par l’application des lois thermodynamiques, se heurte à l’impossibilité de mesurer, non seulement le potentiel électrique interne d’une phase, mais aussi la ddp électrique s’établissant entre deux phases contiguës. La mesure d’une ddp correspondant à des systèmes électrochimiques nécessite ainsi la mise en jeu de deux électrodes (chacune reliée à une borne de l’instrument de mesure, par l’intermédiaire d’un conducteur métallique, en cuivre par exemple), donc la mise en opposition de deux systèmes électrochimiques (chacun pouvant se trouver à l’état d’équilibre).   La ddp U (apportée par un seul système électrochimique) est désignée par le terme de potentiel d’électrode absolu (non mesurable). La ddp E (mesurable) est appelée potentiel d’électrode relatif, par rapport à l’électrode de référence adoptée (conventionnellement) pour réaliser la mesure (on désigne en effet couramment le système de référence par l’appellation d’électrode de référence) .

Electrodes de référence
Pour les solutions aqueuses, l’électrode de référence adoptée par la convention internationale pour exprimer les potentiels d’électrode relatifs est l’électrode normale à hydrogène (ENH) [34].

TRANSFERT ET TRANSPORT DE MATIERE 

Pour étudier le transport et le transfert de matière solide ou liquide, il faut considérer trois modes :
❖la diffusion : c’est le mouvement des espèces électroactives provoqué par un gradient de concentration créé à la suite d’oxydoréduction des espèces à la surface de l’électrode ;
❖la migration : c’est le mouvement des espèces chargées provoqué par un gradient de potentiel appliqué à l’électrode ;
❖la convection : c’est le mouvement des espèces en solution provoqué par des forces mécaniques (exemple : agitation de la solution).

Par utilisation d’un sel fondu ou d’un électrolyte indifférent afin d’avoir un milieu conducteur, la migration peut être ainsi négligée et la convection est provoquée dans notre cas par agitation ; les réactions sont ainsi contrôlées par la diffusion. Quel que soit le système, la diffusion obéit aux lois de Fick qui lient le flux au gradient de la concentration et la variation du profil de la concentration au cours du temps.

LES ELECTRODES SPECIFIQUES 

Il existe des interfaces entre deux solutions électrolytiques qui ne laissent passer qu’un seul ion. C’est le cas d’une membrane sélective, perméable à un seul type d’ion. Il s’établit alors entre les deux faces de la membrane une différence de potentiel qui est reliée à l’activité de l’ion considéré par une loi de type nernstien. Cette notion est à la base des électrodes dites spécifiques ou sélectives, indicatrices de la concentration des ions. Ainsi beaucoup d’électrodes ont été commercialisées. La plus ancienne est l’électrode de verre qui permet de mesurer le pH des solutions (activité des ions H+ ). Des verres de compositions spéciales permettent de mesurer les concentrations des cations alcalins.

Les autres électrodes spécifiques utilisent comme interface des membranes solides (exemple : monocristal de fluorure de lanthane dopé à l’europium pour la mesure de la concentration des ions fluorures F- ), des échangeurs d’ions liquides (pour le calcium), des membranes à complexant moléculaire (valinomycine pour le potassium). Il existe aussi des électrodes à gaz (CO2, NH3, SO2, NOx) et des électrodes à enzymes (glucose, aminoacides, etc.).

PRINCIPES DE CONSTRUCTION 

On utilise généralement un tube inerte, qui renferme à la fois la membrane sensible et l’électrode de référence interne. Pour la mesure, l’ensemble est couplé à une électrode de référence et relié à un millivoltmètre, pH-mètre, ou ionomètre par l’intermédiaire de câbles.

La construction va nécessiter de porter attention à cinq points principaux :
❖La membrane sensible;
❖La matière composant le corps;
❖Le contact interne de la membrane;
❖Les méthodes de scellage ou d’assemblage étanche;
❖Le câble de liaison.

MEMBRANE SENSIBLE
Une électrode sélective ionique ne peut se concevoir que comme un dispositif qui donne accès à l’activité ionique. La partie essentielle de ce dispositif est la zone en contact avec la solution, siège de la réaction redox vers l’intérieur, et du transfert ionique vers l’extérieur. Cette partie présente une résistance électrique non négligeable. La membrane sensible est spécifiquement ou sélectivement perméable à l’ion recherché (déterminant) ; il s’établit une ddp (différence de potentiel) de part et d’autre de la membrane qui est proportionnelle à la différence des activités de l’ion des deux côtés.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE I : QUELQUES NOTIONS D’ELECTROCHIMIE
I. GENERALITES SUR L’OXYDOREDUCTION
I.1. Définition
I.2. Couple oxydoréducteur ou redox
II. SYSTEMES ELECTROCHIMIQUES A L’EQUILIBRE. CONCEPT DE POTENTIEL D’ELECTRODE
II.1. Relation thermodynamique caractéristique de l’équilibre électrochimique
II.2. Potentiels d’électrode – Formule de Nernst
II.2.1. Potentiels d’électrode absolu et relatif
II.2.2. Electrodes de référence
II.2.3. Formule de Nernst
III. TRANSFERT ET TRANSPORT DE MATIERE
CHAPITRE II : LES ELECTRODES SPECIFIQUES
I. PRINCIPES DE CONSTRUCTION
II. MEMBRANE SENSIBLE
III. PENTE D’UNE ELECTRODE
IV. CLASSIFICATION DES ELECTRODES IONIQUES SPECIFIQUES
V. CARACTERISTIQUES DES ELECTRODES SPECIFIQUES
V.1. Spécificité
V.2. Sensibilité
V.3. Grande dynamique de concentration
VI. FACTEURS INFLUENÇANT UNE MESURE PAR ELECTRODE SPECIFIQUE
VI.1. La force ionique
VI.2. La nature des autres ions
VI.3. Le pH de la solution
VI.4. La température du milieu
VI.5. La présence d’agent complexant
CHAPITRE III : PHOTOMETRIE DE FLAMME
I. PRINCIPE
II. APPAREILLAGE
III. TECHNIQUE ANALYTIQUE
IV. APPLICATION ANALYTIQUE
CHAPITRE IV : LA PASTEQUE
I. GENERALITES
I.1. Botanique
I.2. Composition de la pastèque
II. PASTEQUE ET SANTE
III. ROLES DES ANTIOXYDANTS DANS L’ALIMENTATION
IV. PASTEQUE ET CANCER
V. PASTEQUE ET AMELIORATION DE L’ERECTION
V.1. Monoxyde d’azote
V.1.1. Métabolisme
V.1.2. Action sur la physiologie de l’érection
CHAPITRE V : EFFETS DE LA CONSOMMATION DU SODIUM, DES CHLORURES, DES FLUORURES ET DES NITRATES SUR L’ORGANISME
I. LE SODIUM
II. LES CHLORURES
III. LES FLUORURES
IV. LES NITRATES
CONCLUSION

Lire le rapport complet