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