Une électrode est un conducteur qui fait passer un courant électrique d’un support à un autre, généralement d’une source d’alimentation à un appareil ou à un matériau. Il peut prendre un certain nombre de formes différentes, y compris un fil, une plaque ou une tige, et est le plus souvent en métal, tel que le cuivre, l’argent, le plomb ou le zinc, mais peut également être constitué d’une substance non métallique. qui conduit l’électricité, comme le graphite. Les électrodes sont utilisées dans le soudage, la galvanoplastie, les batteries, la médecine et dans l’industrie pour les processus impliquant l’électrolyse.
Anodes et cathodes
Dans le cas d’un courant continu (CC), les électrodes se présentent par paires et sont appelées anodes et cathodes. Pour une batterie ou une autre source de courant continu, la cathode est définie comme l’électrode d’où sort le courant et l’anode comme le point où il revient. Pour des raisons historiques plutôt que scientifiques, l’électricité dans un circuit est, par convention, décrite comme allant du positif au négatif, de sorte qu’elle est considérée comme un flux de charge positive sortant de la cathode et entrant dans l’anode. Un courant électrique, cependant, consiste en un flux de minuscules particules chargées négativement appelées électrons, ce flux est donc en fait dans la direction opposée. Dans ce contexte, il vaut probablement mieux penser simplement en termes de bornes positives et négatives.
A l’intérieur d’une batterie, ou cellule électrochimique, les électrodes sont constituées de différents matériaux, dont l’un cède des électrons plus facilement que l’autre. Ils sont maintenus en contact avec un produit chimique conducteur qui peut se diviser en ions chargés positivement et négativement. Lorsqu’un circuit est terminé, c’est-à-dire lorsque la batterie est connectée à un appareil électrique, tel qu’une ampoule, une réaction d’oxydoréduction a lieu au sein de la cellule. Cela signifie que le produit chimique conducteur gagne des électrons à une électrode – un processus connu sous le nom de réduction – et les perd à l’autre – un processus appelé oxydation – avec pour résultat que les électrons circulent sous forme de courant autour du circuit. La réduction a toujours lieu à la cathode et l’oxydation à l’anode.
Dans une batterie rechargeable, ce processus est inversé pendant la charge de la batterie. Un courant électrique provenant d’une autre source est utilisé pour alimenter une réaction d’oxydoréduction dans le sens opposé, ce qui signifie que l’anode devient la cathode et vice-versa. Il est toujours vrai que la réduction a lieu à la cathode et l’oxydation à l’anode, mais le sens du courant est inversé, donc quelle électrode est négative et laquelle est positive dépend de si la batterie fournit du courant ou se recharge. Parfois, les cellules sont reliées entre elles par une électrode, qui sert d’anode pour une cellule et de cathode pour l’autre. Ceci est connu comme une électrode bipolaire.
Dans le cas d’un courant alternatif (AC), il n’y a pas de distinction entre anode et cathode. C’est parce que le courant change constamment de direction, plusieurs fois par seconde. Une électrode utilisant ce type de courant basculerait donc constamment entre le négatif et le positif.
Électrolyse
Dans ce processus, un courant continu circule à travers un milieu liquide conducteur d’une cathode à une anode, permettant aux processus de réduction et d’oxydation d’avoir lieu. C’est un moyen très utile de produire certains produits chimiques et, en particulier, d’isoler des éléments chimiques de leurs composés. Dans le cas de certains éléments très réactifs, c’est le seul moyen pratique de le faire.
Pour obtenir un élément donné, un composé ionique de cet élément peut être électrolysé. Un exemple est la production de sodium métallique à partir de sel fondu ou de chlorure de sodium. Lorsque le courant circule, les ions sodium chargés positivement sont attirés vers l’électrode négative, ou cathode, où ils gagnent des électrons, formant du sodium métallique. Les ions chlorure chargés négativement sont attirés vers l’anode, où ils perdent des électrons, formant du chlore gazeux, qui est également collecté comme sous-produit.
Electroplating
Dans ce processus, un objet métallique est recouvert d’un autre métal pour améliorer sa résistance à la corrosion ou son apparence. L’objet à revêtir forme la cathode dans un procédé d’électrolyse en étant immergé dans une solution d’un composé soluble du métal qui formera le revêtement, l’anode étant également constituée de ce métal. Lorsque le courant circule, les ions métalliques positifs de la solution sont attirés vers la cathode et y forment un dépôt. Au fur et à mesure que les ions en solution sont épuisés, ils sont remplacés par des ions qui se forment à partir de l’anode. Parfois, l’anode est faite d’un matériau différent qui n’est pas utilisé ; dans cette méthode, les ions métalliques doivent être remplacés en complétant la solution.
Autres utilisations
Les électrodes sont utilisées dans le soudage à l’arc, une technique permettant d’assembler deux pièces de métal à l’aide d’un courant électrique important. Une électrode consommable fond et fournit le matériau qui relie les métaux. Le type non consommable est fabriqué à partir d’un matériau à point de fusion très élevé, tel que le tungstène, et fournit simplement la chaleur nécessaire pour faire fondre un autre matériau qui forme le joint. En médecine, les électrodes peuvent être utilisées en cas d’urgence pour appliquer un courant électrique au cœur dans une technique connue sous le nom de défibrillation. Ils sont également utilisés pour enregistrer l’activité électrique dans le cerveau lors d’un électroencéphalogramme (EEG).