Oxydations des métaux

Chapitre n° 3 : Oxydations du fer, du cuivre, du zinc et de l'aluminium Objectifs :
_ Connaître quelques réactions des métaux avec l'air et le
dioxygène ;
_ Savoir qu'il se forme des oxydes métalliques ;
_ Savoir que la masse se conserve au cours d'une réaction
chimique ;
_ Savoir équilibrer les équations-bilans des différentes
combustions.
I _ Oxydation à froid 1°) Corrosion du fer a ) Formation de la rouille : rôle du dioxygène [pic]
De la laine de fer est introduite dans une éprouvette humidifiée retournée
sur une cuve à eau . Au bout de quelques jours :
¤ Dans l'expérience 1 , le niveau de l'eau a monté et occupe un volume de
50 cm3 . De plus , le morceau de laine de fer est partiellement rouillé .
¤ Dans l'expérience 2, le niveau de l'eau a monté et occupe la totalité de
l'éprouvette. De plus le morceau de laine de fer est rouillé. Interprétation :
Dans l'expérience 2 , tout le dioxygène réagit avec la laine de fer pour
donner la rouille .
L'eau remplace le dioxygène disparu .
Dans l'expérience 1, l'eau n'a monté que de 50 cm3 . Or , l'obtention de
la rouille signifie que la laine de fer a réagi avec du dioxygène . Donc
l'air ne contient qu'environ 1/5 de dioxygène . Le gaz qui reste correspond
au diazote ( 4/5). Le fer se rouille quand il est en contact avec l'air humide .C'est le
dioxygène de l'air et non le diazote qui intervient dans la formation de la
rouille. Remarque : L'air contient environ 1/5 ( ou 20% ) de dioxygène et 4/5 ( 80%
) de diazote. B ) Les facteurs accélérant le formation de la rouille [pic]Un clou est introduit dans chacun des cinq tubes à essais. Quelques
jours plus tard, on observe que:
¤ des traces de rouille apparaissent dans les tubes à essais 1 et 2 .
¤ Les clous des deux derniers tubes sont intacts .
¤ La quantité de rouille est plus importante dans le tube 1 que dans
le tube 2 . La formation de rouille n'est possible que si le fer est en contact avec de
l'air et de l'eau ou plus simplement avec de l'air humide . De plus, la
présence de certaines substances ( par exemple le sel ) accélère la
formation de le rouille. C ) Conclusion La formation de la rouille est une réaction chimique qui nécessite trois
réactifs : fer , dioxygène et eau. La rouille est le produit d'une
corrosion, c'est-à-dire une oxydation à froid ; elle contient
essentiellement de l'oxyde ferrique Fe2O3 . Bilan de la réaction : Fer + dioxygène >
oxyde ferrique
Equation-bilan : 4 Fe + 3 O2 > 2 Fe2O3
Remarque : La couche de rouille formée ne protège pas le fer et la
corrosion se poursuit jusqu'à la disparition totale du fer. 2°) corrosion des autres métaux a) L'aluminium Si on observe deux lames d'aluminium : l'une décapée et l'autre exposée à
l'air depuis quelques semaines , on constate que celle décapée présente un
éclat métallique alors que l'autre est terne .
En effet, au contact de l'air, le métal s'est recouvert d'une fine couche
blanche d'oxyde d'aluminium appelé alumine. Mais contrairement au fer, la
corrosion ne progresse pas en profondeur pour détruire le métal : cet oxyde
protège le métal . La corrosion de l'aluminium conduit à la formation de l'oxyde d'aluminium
de formule Al2O3 . La couche d'alumine imperméable protège l'aluminium.
Le bilan de la réaction s'écrit :
Aluminium + Dioxygène > Oxyde d'aluminium
L'équation-bilan s'écrit :
4 Al + 3 O2 > 2 Al2O3 b) Le zinc et le cuivre Au contact de l'air humide et du dioxyde de carbone, le zinc et le cuivre
se recouvrent lentement d'une couche superficielle terne pour le zinc et
d'une couche superficielle de couleur verte pour le cuivre . Cette couche
superficielle d'oxyde de zinc et d'oxyde de cuivre appelé vert-de gris les
protège d'une corrosion en profondeur .
Bilans des réactions :
Zinc + Dioxygène > Oxyde de zinc
Cuivre + Dioxygène > Oxyde de
cuivre
II _ Oxydation à chaud 1°) Rappel 4° : Combustion du fer dans le dioxygène [pic] On porte à incandescence un morceau de laine de fer attaché à un fil de
fer. On l'introduit rapidement dans un flacon contenant du dioxygène pur.
On constate alors :
_ que la réaction se poursuit avec des étincelles;
_ que le fil de fer disparaît progressivement ;
_ L'apparition ,au fond du flacon, de boules " gris-bleu" ;
_ et que le fond du flacon est fendu . En brûlant, le fer consomme le dioxygène contenu dans le flacon. Il se
produit un solide gris-bleu appelé oxyde de fer III ou oxyde magnétique de
fer . Le fer brûle dans le dioxygène. Cette réaction chimique est une oxydation (
ou combustion ) au cours de laquelle du fer et du dioxygène disparaissent
pour produire de l'oxyde magnétique de fer . Bilan de la réaction : chaleur
Fer + dioxygène > Oxyde magnétique de fer
3 Fe + 4 O2 > Fe3O4 Remarques:
1°) La combustion du fer dans le dioxygène n'a lieu qu'à
température élevée ( il faut chauffer préalablement la laine de fer )
2°) La réaction dégage de la chaleur : on dit qu'elle est
exothermique .
2°) Combustion de quelques métaux en poudre [pic] On introduit dans une paille de la poudre métallique ( aluminium , cuivre
ou zinc ) que l'on projette dans la flamme d'un bec bunsen . On observe alors :
_ pour la poudre d'aluminium des étincelles et l'apparition d'une
poudre blanche .
_ pour la poudre de zinc, quelques étincelles et l'apparition d'une
poudre blanche .
_ pour la poudre de cuivre , des étincelles , l'apparition d'une
poudre noire et que la flamme est devenue verte . Interprétation : La combustion d'un métal en poudre dans l'air est une réaction chimique
entre le métal et le dioxygène de l'air . Ces deux réactifs disparaissent
pour former de l'oxyde métallique . Bilan des réactions :
Aluminium + Dioxygène > Oxyde d'aluminium ou alumine
Cuivre + Dioxygène > Oxyde de cuivre
Zinc + Dioxygène > Oxyde de zinc Remarque : Un métal brûle mieux s'il est en poudre
III _ Réaction chimique 1°) Les oxydes métalliques Les oxydes métalliques sont des corps solides constitués d'atomes de métal
liés à des atomes d'oxygène. Les principaux oxydes métalliques obtenus lors
des combustions sont désignés par des formules chimiques |Nom du métal|Symbole du |Nom de l'oxyde |Formule chimique |
| |métal |métallique |de l'oxyde |
| | | |métallique |
|Fer |Fe |Oxyde fer | |
| | |IIIOxyde |Fe2O3 |
| | |magnétique de | |
| | |fer | |
|Aluminium |Al |Oxyde |Al2O3 |
| | |d'aluminiumAlum| |
| | |ine | |
|Cuivre |Cu |Oxyde de cuivre|CuO |
| | |II | |
|Zinc |Zn |Oxyde de zinc |ZnO |
2°) Conservation de la masse [pic]
On réalise la combustion du fer dans le dioxygène sur une balance
électronique . On relève la masse indiquée par la balance : m =
.........................g .
On enflamme la paille de fer à l'aide d'une pile plate . A la fin de la
combustion, on constate que la balance indique une nouvelle masse
supérieure à celle initiale, c'est-à-dire m' = ......................g .
Cette augmentation est dûe à la formation de l'oxyde métallique formé et
correspond à la quantité de dioxygène ayant réagi .
Ainsi , lors d'une réaction chimique, la masse se conserve : la somme des
masses des réactifs est égale à la masse (ou à la somme des masses) du (ou
des) produit(s).