C.1. Oxydoréduction

Oxydoréduction
C.1. Oxydoréduction
C.1.1. Oxydation et réduction par voie sèche; application à la sidérurgie.
C.1.2. Application de l'oxydoréduction à la corrosion des métaux.
Connaissances antérieures utiles
- En sciences physiques
- Oxydoréduction en solution aqueuse (programme de la classe de Première Génie
mécanique)
Connaissances scientifiques
- Citer les causes de la corrosion des métaux.
- Citer les principales méthodes de protection contre la corrosion (y compris la protection
cathodique dans le cas des métaux ferreux).
Savoir-faire théoriques
- Ecrire l'équation - bilan de la réaction de réduction de l'oxyde de fer II par le monoxyde de
carbone.
I.
Rappels de première
L'oxydoréduction en solution aqueuse (liquide) s'interprète par un transfert d'électrons:
Oxydation: perte d'électrons
Réduction: gain d'électrons
Réducteur: corps qui cède des électrons
Oxydant :corps qui accepte des électrons
Cette année, nous allons généraliser ces notions et les appliquer à la métallurgie
II.
Oxydation et réduction par voie sèche
II.1. Exemple de la combustion du sodium
Le sodium Na, chauffé préalablement, brûle dans le dioxygène O2. Le résultat de cette
combustion est l'apparition d'une poudre blanche d'oxyde de sodium Na2O. Déterminons
l'équation bilan illustrant cette combustion:
4 Na 
 Na   e 
oxydation du sodium



O 2  4e 
 2O
2

4Na  O 2 
 2 2Na   O 2
réduction du dioxygène

oxydoréduc tion par voie sèche
II.2. Définition
On appelle oxydation la combustion d'un corps dans le dioxygène
La description en terme de gain ou de pertes d'électrons n'est pas toujours possible, comme
l'illustre la combustion du carbone dans le dioxygène
C  O2 
 CO 2
Par comparaison avec la combustion du sodium, nous dirons qu'il s'agit d'une réaction
d'oxydoréduction dans laquelle le carbone qui prend l'oxygène est le réducteur et le dioxygène
et l'oxydant.
Réducteur: corps qui prend l'oxygène
Oxydant: corps qui cède de l'oxygène
II.3. Application à la sidérurgie
Les hauts fourneaux ont pour rôles d'éliminer les atomes d'oxygène contenus dans les
minerais de fer (FeO) et cela à température élevée.
On réalise cette opération en combinant le monoxyde de carbone CO avec l'oxyde ferreux
FeO et on obtient l'équation bilan suivante:
FeO  CO 
 Fe  CO 2
Réduction d'oxydoréduction au cours de laquelle l'oxyde ferreux est réduit par le monoxyde
de carbone
III.
Corrosion des métaux
III.1.
Définition
On appelle corrosion l'ensemble des actions chimiques qui détériore les pierres et les métaux.
Les métaux ne résistent pas de la même façon à la corrosion:
les métaux nobles sont insensibles
l'aluminium, le zinc…sont protégés en surface par une mince couche d'oxyde imperméable
aux agents extérieurs
le fer rouille d'abord en surface sous l'action de l'humidité de l'air, jusqu'à la destruction de la
pièce
III.2.
Les causes de la corrosion
a. Corrosion de type chimique
Due à l'action directe des liquides et des gaz sur les parois du récipient qui les contient (d'où
l'utilisation de récipient en verre, en plastique et en acier inoxydable pour transporter les
produits agressifs)
b. Corrosion électrochimique
L'oxydation du fer et de ses alliages se réalise de la façon suivante: l'eau se condense à la
surface d'un tôle en fer froide. Il suffit d'une impureté moins réductrice que le fer pour qu'il se
crée un couple oxydoréducteur. L'ensemble forme alors une pile électrochimique dont le
métal le plus réducteur (fer) sera dissous
1er exemple: une plaque de fer et du cuivre comme impureté: le fer se dissout un e couche de
cuivre apparaît
2ème exemple: une plaque de fer et du zinc comme impureté. Le zinc cède des électrons captés
par les ions FeII qui protège la fer
III.3.
Protection contre la corrosion
Pour s'affranchir de la corrosion, on peut utiliser l'une des solutions suivantes:
a. aciers spéciaux et inoxydables
On ajoute du chrome, du nickel, du titane: Inconvénient: le coût
b. protection par revêtement
 On plonge la pièce dans un bain d'acide de façon à réaliser une pellicule imperméable
(passivation à l'acide nitrique, parkérisation à l'acide phosphorique pour les carrosseries).
 Pour isoler la surface métallique de l'atmosphère oxydante, on recouvre cette dernière
d'une peinture, d'un vernis…
 On plonge la pièce dans un métal liquide plus réducteur. Par formation d'une pile
électrochimique, le métal se dissout. On utilise le zinc pour obtenir du fer galvanisé ou de
l'étain pour obtenir le fer blanc
c. protection cathodique
Le but consiste à réaliser une pile électrochimique dans lequel l'alliage à protéger joue le rôle
de la cathode. La corrosion se fera donc à l'anode.
 Protection de la coque d'un navire en plaçant du zinc
 Anode sacrificielle: on réalise une pile électrochimique dans laquelle la cathode est la
pièce à protéger et dont l'anode sera sacrifiée (en zinc, en aluminium). Cette est utilisée
pour la protection des canalisations