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Pourquoi le minerai d’aluminium doit-il être fondu avant d’être électrolysé?
L’aluminium est un métal très important dans le monde moderne. Il est largement utilisé dans la fabrication de différents objets allant des poêles à frire aux canettes en passant par les composants des avions. Puisque l’aluminium est un métal très réactif, il ne peut pas être extrait par la réduction du minerai avec du carbone. Le simple fait de chauffer l’oxyde d’aluminium avec du carbone à des températures très élevées ne produira pas d’aluminium métallique. Aucune réaction ne se produira dans ce contexte, car le carbone n’est tout simplement pas un agent réducteur assez puissant pour réduire l’oxyde d’aluminium.
Afin d'extraire l’aluminium de son minerai, nous devons plutôt utiliser un processus appelé électrolyse. L’électrolyse est un processus chimique au cours duquel de l’électricité passe à travers un électrolyte, ce qui provoque sa décomposition en ses éléments constitutifs. Lors de l’extraction de l’aluminium, une roche appelée bauxite est extraite du sol. La bauxite est une sorte de minerai d’aluminium qui contient beaucoup d'impuretés. Elle doit être raffinée chimiquement afin d'extraire l’oxyde d’aluminium. L’oxyde d’aluminium est également connu sous le nom d’alumine. Il a la formule chimique Al2O3 et il est très pur à cette étape. L’oxyde d’aluminium est ensuite placé dans une cellule électrolytique qui servira à l'extraction de l’aluminium.
La cellule électrolytique consiste en une cathode et une anode en carbone. La cathode représente l’électrode négative dans la cellule, alors que l’anode représente l’électrode positive. Lors de son fonctionnement, la cellule est remplie d’un électrolyte fondu. Un électrolyte est un conducteur d'électricité. Il s'agit d'une substance qui contient des ions qui se déplacent librement. Au cours de l’électrolyse, de l’aluminium en fusion est produit à la cathode, ou à l’électrode négative, et il s'écoule dans le fond de la cellule. Les ions aluminium chargés positivement gagnent trois électrons en provenance de la cathode pour devenir des atomes d’aluminium. Il s’agit d’une réaction de réduction, car elle implique que les ions aluminium gagnent trois électrons de la cathode. Les atomes d’aluminium liquide se retrouvent dans le fond de la cellule, car ils sont plus denses que l’électrolyte fondu présent dans le milieu environnant.
L’électrolyte fondu contient également des ions oxyde, qui sont des ions chargés négativement. Les ions oxyde se déplacent vers l’anode, ou l’électrode positive, où ils libèrent des électrons et se transforment en oxygène gazeux. Puisque des électrons sont donnés par les ions oxyde à l’anode, il s'agit ici d'une réaction d’oxydation. Bien que des bulles d’oxygène gazeux soient initialement produites à l’anode en carbone, elles vont réagir avec l’anode à la température de la cellule pour produire du dioxyde de carbone. L’anode est donc lentement consommée au cours de ce processus. Puisque l’anode et la cathode occupent des positions fixes dans la cellule électrolytique, nous pouvons constater que les ions aluminium et les ions oxyde doivent être libres de se déplacer pour que le processus fonctionne. Ces ions mobiles permettent à la charge de circuler à travers la cellule afin de conduire l’électricité.
Par conséquent, pour répondre à la question « Pourquoi le minerai d’aluminium doit-il être fondu avant d’être électrolysé ? », c'est pour qu’il puisse contenir des ions mobiles, ce qui permet aux ions aluminium et aux ions oxyde de se déplacer. La bonne réponse est donc pour donner aux ions aluminium et aux ions oxyde la capacité de se déplacer.
