Lors de l'électrolyse, les électrons de la cathode sont liés aux ions H+.
Ils ne circulent pas dans l’eau sous forme d’électrons libres.
Maintenant que nous comprenons le « P » dans « ORP », nous devrions également discuter du « O », qui fait référence à « l’oxydation », et du « R », qui fait référence à la « réduction ». Les réactions d'oxydation et de réduction sont des réactions chimiques dans lesquelles des électrons sont transférés entre deux espèces différentes (ions, atomes ou molécules), une espèce gagnant des électrons (déficit électronique) et une autre en donnant (excès d'électrons). Les chimistes appellent ces réactions des réactions « redox ».
Les réactions d'oxydation et de réduction se produisent toujours ensemble ; lorsqu'une espèce perd des électrons, une autre doit gagner ces électrons. L’espèce qui perd des électrons est oxydée et celle qui en gagne est réduite. Un moyen simple de se souvenir de l'oxydation (perte d'électrons) et de la réduction (gain d'électrons) par rapport aux électrons est le mnémonique « OIL-RIG » (anglais : « L'oxydation est une perte, la réduction est un gain », traduit : « L'oxydation est une perte, la réduction est un gain). Profit").
Étant donné que les configurations électroniques déterminent les propriétés chimiques d'une substance, le transfert d'électrons entraîne une modification des configurations électroniques des personnes impliquées dans la réaction. Cela crée des produits qui ont des propriétés chimiques différentes de celles de la substance d'origine.
Les réactions qui produisent du H2 et de l’O2 lors de l’électrolyse de l’eau sont des exemples de réactions d’oxydation et de réduction qui se produisent simultanément au niveau de l’anode et de la cathode immergées dans l’eau. Pendant l’électrolyse, la cathode fournit des électrons qui réduisent les ions hydrogène2 en molécules d’hydrogène. L'équation 1 décrit la génération de gaz H2 à la cathode négative.
Les réactifs, les ions hydrogène (H+) et les électrons (e-, fournis par la cathode), se trouvent du côté gauche de l’équation.
À droite, il n’y a qu’un seul produit, l’hydrogène moléculaire (H2).
Deux ions hydrogène (2H+) subissent une réduction car ils acceptent les électrons (2e-) de la cathode et forment deux atomes d’hydrogène (2H+), qui « s’associent » ensuite pour former une molécule d’hydrogène (H2).
La figure 3 montre une représentation picturale de la réaction de réduction de cette équation :
A noter qu'avant la réaction, les deux ions H+ sont dépourvus d'électrons (uniquement des protons). Le produit final est la molécule H2, qui partage deux électrons. Étant donné que les électrons sont des particules chargées, cette différence d’électrons se traduit par un potentiel énergétique entre les deux espèces.
Lorsqu'elles sont dissoutes dans l'eau, ces deux parties représentent le potentiel de travail de l'eau et, tout comme la pile de la figure 2, créent un potentiel de tension (ORP) correspondant à la surface de l'électrode de platine du compteur. Tout changement dans la concentration 3 de l'un ou l'autre type entraîne un changement dans le potentiel de tension généré au niveau de l'électrode ORP.
Avant de quitter le sujet de l'oxydation et de la réduction, rappelons ce qui a été mentionné selon lequel toute réaction de réduction doit être accompagnée d'une réaction d'oxydation simultanée. L'équation 2 montre la réaction d'oxydation qui l'accompagne pendant l'électrolyse à l'anode positive, où les ions hydroxyde (OH-) sont oxydés pour produire de l'oxygène gazeux (O2), de l'eau (H2O) et des électrons.
Ces électrons sont renvoyés vers l’anode, qui est connectée à la borne positive de l’alimentation.
Étant donné que les eaux produites à l'anode et à la cathode sont normalement isolées l'une de l'autre par une membrane afin qu'elles ne puissent pas se mélanger, un ORP positif est mesuré dans l'eau du tube secondaire (tube d'eau acide inférieur).
La raison en est qu'à la place du couple rédox H+/H2, cette eau contient un autre couple rédox (généralement une espèce oxygénée) qui a un potentiel de réduction positif.
D'autres types d'appareils, tels que les générateurs de gaz bruns, qui n'utilisent pas de membrane, produisent une eau contenant à la fois de l'oxygène dissous et de l'hydrogène gazeux. Cette eau contient donc à la fois des couples redox oxydants et réducteurs à un pH proche du neutre. Puisque notre discussion sur l’ORP se concentre sur la réaction à la cathode qui produit de l’hydrogène gazeux, nous ne passerons pas de temps à examiner la réaction anodique en détail.
Extrait du livre de Randy Sharpe : "La relation entre H2 dissous, pH et potentiel redox"
