Thème 1 : Prévenir et sécuriser Thème 2 : Analyser et diagnostiquer Thème 3 : Faire des choix autonomes et responsables Physique-Chimie 3 Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini Antiseptiques, désinfectants et oxydoréduction 1 - Présentation des réactions d’oxydoréduction : - Exemple : on observe une réaction chimique lorsque l’on met un morceau de fer dans une solution de sulfate de cuivre (Cu2+ + SO2− 4 ) Sulfate de Cuivre Sulfate de Fer Fer Fer couvert de cuivre → Le fer solide Fe(s) se transforme en ions fer (II) : Fe2+ (aq) . → Les ions cuivre (II) Cu2+ (aq) se transforment en cuivre solide Cu(s) → Les ions sulfates SO2− 4 ne réagissent pas. Ils sont spectateurs Physique-Chimie Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini - Ces observations nous permettent de proposer l’équation suivante : Cu2+ (aq) + Fe(s) −→ Fe2+ (aq) + Cu(s) (Par la suite, on pourra écrire Mx+ au lieu de Mx+ (aq) ) - On peut l’interpréter comme un assemblage de deux demi-équations : Physique-Chimie Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini → Chaque ion cuivre a gagné deux électrons Cu2+ + 2 × e− = Cu → Chaque atome de fer a perdu deux électrons Fe = Fe2+ + 2 × e− - Les électrons cédés par le fer ont été simultanément captés par les ions cuivre (II) ⇒ Il n’y a pas d’électrons libres dans la solution, ils n’apparaissent donc pas dans le bilan de la réaction Physique-Chimie Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini - La réaction entre Fe et Cu2+ correspond à un transfert d’électrons de Fe vers Cu2+ : Fe Fe2+ Cu2+ + 2 × e− - 2 × e− Oxydation 2 × e− Réduction Cu - Une oxydation correspond à une perte d’électron(s) - Une réduction correspond à un gain d’électron(s) → L’oxydation et la réduction étant simultanées, l’équation bilan Cu2+ + Fe(s) −→ Fe2+ + Cu(s) représente une réaction d’oxydoréduction Physique-Chimie Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini - Au cours d’une réaction d’oxydoréduction, un réducteur est oxydé, et un oxydant est réduit (Réducteur) Fe Fe2+ 2 × e− Cu2+ + 2 × e− (Oxydant) - 2 × e− Oxydation 2 × e− (Oxydant) Réduction Cu (Réducteur) - Un oxydant est une entité chimique capable de subir une réduction (= de gagner des électrons) - Un réducteur est une entité chimique capable de subir une oxydation (= de céder des électrons) Physique-Chimie Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini 2 - Les couples rédox : - Exemple : on observe une réaction chimique lorsque l’on met un morceau de cuivre dans une solution de nitrate d’argent (Ag + NO− 3) Nitrate d’argent Nitrate de cuivre Cuivre Cuivre couvert d’argent → Le cuivre solide Cu(s) se transforme en ions cuivre (II) : Cu2+ . → Les ions argent (I) Ag+ se transforment en argent solide Ag(s) → Les ions nitrates NO− 3 ne réagissent pas. Ils sont spectateurs Physique-Chimie Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini - Les demi-équations impliquées ici sont : Cu(s) = Cu2+ + 2 × e− Ag+ + e− = Ag(s) (× 2) - L’équation-bilan est donc : 2 × Ag+ + Cu(s) −→ 2 × Ag(s) + Cu+ - Nous pouvons constater que le cuivre peut s’oxyder en présence d’argent, alors que ce n’était pas le cas en présence de fer. ⇒ La demi-équation Cu(s) = Cu2+ + 2 × e− peut se produire dans un sens ou dans un autre selon les réactifs en présence. - L’oxydant Cu2+ et le réducteur Cu(s) constituent un couple rédox. On le note dans l’ordre Ox/Réd : Cu2+ /Cu Physique-Chimie Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini - À tout oxydant correspond un réducteur associé, et réciproquement Réduction Ox + n × e− Réd× e− Oxydation - Une réaction d’oxydoréduction est une réaction entre deux couples rédox - Un oxydant réagit avec un réducteur pour donner les réducteurs et les oxydants associés Physique-Chimie Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini - L’exemple du cuivre nous a montré que les réactions d’oxydoréduction sont à sens unique : le cuivre (II) oxyde le fer, mais le fer (II) n’oxyde pas le cuivre. L’argent (I) oxyde le cuivre, mais le cuivre (II) n’oxyde pas l’argent. ⇒ Certains oxydants sont plus ”forts” que d’autres - On peut classer les couples rédox en fonction de leur pouvoir oxydant Pouvoir oxydant RRROxydants Réducteursy Ag+ Ag2+ Cu2+ Cu2+ Fe2+ Fe2+ ⇒ Une réaction entre un oxydant et un réducteur n’est possible que si l’oxydant se trouve au-dessus du réducteur Physique-Chimie Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini Exemple : La règle du gamma γ 1 - On liste l’oxydant et le réducteur qui sont présents (entourés sur le schéma) Pouvoir oxydant RRROxydants Pouvoir oxydant Réducteursy Ag+ Ag2+ Cu2+ Cu RRROxydants Ag+ 4 2+ Cu2+ Réducteursy Ag 2+ Cu2+ 8 2 - On les relie, et on prolonge le trait en passant par l’oxydant et par le réducteur associés : si la lettre gamma γ apparaît à l’endroit, la réaction est possible Physique-Chimie Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini 3 - Antiseptiques et désinfectants : - Ces deux catégories de produits ont pour vocation de prévenir les infections, mais ils sont utilisés différemment - Un antiseptique agit sur les tissus vivants (plaies...) - Un désinfectant agit sur les matériaux inertes (matériel médical, sols...) Physique-Chimie Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini - Ils sont qualifiés de virucides, bactéricides, fongicides et sporicides s’ils peuvent avoir une action létale sur les virus, bactéries, champignons et spores. - Ils sont qualifiés de bactériostatiques s’ils peuvent stopper la prolifération des bactéries. ⇒ Les antiseptiques et les désinfectants agissent par oxydation Physique-Chimie Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini Remarque : - Les demi-équations des éléments oxydants présents dans les désinfectants et les antiseptiques sont souvent plus complexes à équilibrer que celles des métaux. - Il existe une méthode pour équilibrer n’importe quel couple : 1 - Équilibrer les éléments autres que l’oxygène et l’hydrogène 2 - Équilibrer l’élément O en ajoutant des H2 O 3 - Équilibrer l’élément H en ajoutant des H+ 4 - Équilibrer les charges avec des électrons 5 - Vérifier que l’oxydant est bien du côté des électrons Physique-Chimie Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini Exemple : 3+ - Pour le couple Cr2 O2− 7 /Cr , on procède ainsi : 1 - On commence par équilibrer l’élément Cr : 3+ Cr2 O2− 7 = 2 × Cr 2 - On équilibre l’élément O avec H2 O : 3+ + 7 × H O Cr2 O2− 2 7 = 2 × Cr 3 - On équilibre l’élément H avec H+ : + 3+ + 7 × H O Cr2 O2− 2 7 + 14 × H = 2 × Cr 4 - On équilibre les charges avec des e− : + − 3+ + 7 × H O Cr2 O2− 2 7 + 14 × H + 6 × e = 2 × Cr 5 - Les électrons sont bien du côté de l’oxydant Physique-Chimie Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini - Le tableau suivant regroupe quelques désinfectants/antiseptiques notoires, ainsi que leurs principes actifs oxydants : Désinfectant/antiseptique Couple rédox Demi équation montrant l’action oxydante Eau oxygénée H2 O2(aq) /H2 O(l) H2 O2 + 2H+ + 2 e− = 2 H2 O ClO (aq) /Cl (aq) ClO− + 2 H+ + 2 e− = Cl− + H2 O ClO− (aq) /Cl2(g) 2 ClO− + 4 H+ + 2 e− = Cl2 (g) + 2 H2 O I2(aq) /I (aq) I2 + 2 e− = 2 I− − Eau de Javel Solution de diiode Solution de permanganate de potassium − − 2+ MnO− (aq) 4 (aq) /Mn + MnO− + 5 e− = Mn2+ + 4 H2 O 4 + 8 H - Le site d’action peut différer en fonction du principe actif, mais le but de tous ces produits est le même : oxyder les molécules responsables de la survie et/ou de la duplication des micro-organismes afin d’inhiber leur prolifération ou de les détruire. Physique-Chimie Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini 4 - Risques associés aux produits oxydants, conservation et précautions d’emploi : - Conservation : à l’abri de la chaleur, de la lumière et des combustibles. Stocker dans des endroits ventilés. - Les diluer s’ils sont trop concentrés, pour éviter les brûlures de la peau et des muqueuses. - Éviter de les mélanger à n’importe quel autre produit chimique pour éviter les réactions dangereuses Physique-Chimie Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini Exemples (1/2) : Le mélange d’eau de javel et de détartrant : En présence d’ions H+ contenus dans un produit détartrant acide, l’eau de javel (mélange de ClO− et de Cl− ) dégage du dichlore toxique. 2 ClO− + 4 H+ + 2 e− = Cl2 (g) + 2 H2 O 2 Cl− = Cl2 (g) + 2 e− − ⇒ 2 ClO + 4 H+ + 2 Cl− → 2 Cl2 (g) + 2 H2 O La décomposition de l’eau oxygénée : L’eau oxygénée, ou peroxyde d’hydrogène, est susceptible de réagir avec elle-même, puisqu’elle est peut être un oxydant (couple H2 O2 /H2 O) et un réducteur (couple O2 (g) /H2 O2 ) Physique-Chimie Première ST2S - 2019/2020 Thibault Minervini Exemples (2/2) : La décomposition de l’eau oxygénée : H2 O2 + 2 H+ + 2 e− = 2 H2 O H2 O2 = O2 (g) + 2 H+ + 2 e− ⇒ H2 O2 + H2 O2 → O2 (g) + 2 H2 O Cette réaction de dismutation très lente et spontanée est à l’origine du ”vieillissement” de l’eau oxygénée. Elle peut être violente si l’eau oxygénée est trop concentrée. Des facteurs cinétiques comme la chaleur et la lumière peuvent accélérer cette réaction. Pour éviter le risque d’incendie ou d’explosion induit par la production de dioxygène gazeux (comburant), il faut conserver l’eau oxygénée dans un endroit frais, et dans un flacon opaque.
