Identification des ions - Modelisation de la corrosion

La vie des aciers Thème : Les matériaux
Chap. 1 Cycle de vie des matériaux
TS spé – TP : Identification des ions – Modélisation de la corrosion 1 C. Grange-Reynas
La vie des aciers
Elaboration, corrosion et protection de l’acier
Mots-clefs : Elaboration, Corrosion, Protection
Contexte du sujet :
Vu ses très intéressantes propriétés mécaniques, le fer, pur ou sous forme d'alliages, est le métal le plus
utilisé dans l'industrie et le bâtiment. Elaboré à partir de minerais principalement constitués d'oxydes, il
s'oxyde naturellement à l'air s'il n'est pas protégé.
De minerai à la rouille, quelles sont les principales étapes de la vie du fer ? L'homme peut-il les modifier ? Si
oui, dans quel but ?
EXPERIENCES (durée conseillée : 60 min)
La corrosion est un fléau industriel. On estime en effet que 20% de la production mondiale d'acier
(mélange de fer et de carbone, contenant moins de 2% de carbone) sont perdus chaque année sous
forme de rouille. On a observé que la corrosion de l’acier (oxydation du fer par le dioxygène) est
favorisée lorsque l’atmosphère est humide et contient des espèces ioniques dissoutes (milieu humide
et salé par exemple).
Pour mettre en évidence ce phénomène de corrosion en milieu maritime, vous allez réaliser quelques
expériences simples.
I - Identifications d’ions
Matériel :
 Sulfate de fer II
 Sulfate de zinc
 Soude
 Phénolphtaléine
 Solution d’hexacyanoferrate III
 3 tubes à essai
Réaliser les tests correspondants au tableau suivant en utilisant environ 2 mL de la solution contenant
l’ion à tester et quelques gouttes du réactif servant au test. Compléter le tableau.
Ion testé
Réactif test
Observations
Tube 1
Ion Fer II : Fe2+
Ion hexacyanoferrate (III) :
[Fe(CN)6]3-
Tube 2
Ion Zinc II : Zn
2+
Ion hexacyanoferrate (III) :
[Fe(CN)6]3-
Tube 3
Ion hydroxyde :
HO-
Phénolphtaléine

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II – Modélisation de la corrosion de l’acier en milieu maritime
Document 7 : Matériel mis à votre disposition
o Clou en fer décapé
o Clou galvanisé
o Clou décapé entouré d’un fil de cuivre
o Clou décapé entouré d’un fil de zinc
o Solution corrosive non salée
o Solution corrosive salée
o 3 boîtes de Pétri
Remarques :
 La solution corrosive salée simule le milieu marin. Elle contient du chlorure de sodium NaCl, de
l’agar-agar (gélifiant), de l’hexacyanoferrate de potassium K3[Fe(CN)6] et quelques millilitres
de phénolphtaléine.
 Le gel agar-agar permet la diffusion (ou migration) d'espèces chimique tout en évitant une
homogénéisation accidentelle du milieu par agitation.
Document 8 : Données pour interpréter les expériences
 Diagramme de prédominance de la phénolphtaléine :
La forme acide incolore La forme basique de couleur
prédomine 8,5 rose prédomine
pH
 Les couples oxydant/réducteur mis en jeu sont :
O2(g) / HO–(aq) ; Fe2+(aq) / Fe(s) ; Zn2+(aq) / Zn(s).
 Un clou en fer se comporte comme une micropile : l'oxydation et la réduction se produisent
dans des zones distinctes.
 L'électroneutralité du milieu est assurée par le déplacement des ions dans le gel.
Document 9 : La corrosion galvanique

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Travail à réaliser
À partir des documents précédents, rédiger un protocole expérimental accompagné de schémas
permettant de valider :
 l'influence de l'eau salée dans le mécanisme de corrosion
 l’efficacité de la protection de l'acier par une anode sacrificielle en zinc.
Rédiger une synthèse (observations et interprétations des résultats expérimentaux) afin de mettre
en évidence :
 le résultat des expériences (des schémas peuvent être utilisés)
 les réactions d’oxydoréduction mises en jeu lors de la corrosion du clou en fer et de l’oxydation
du zinc
 l’intérêt de la galvanisation
 ainsi qu’une conclusion claire faisant apparaitre l’intérêt de fixer des blocs de zinc sur la coque
des navires pour la protéger et justifier l’emploi du terme « anode sacrificielle » pour désigner
ce procédé.

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CORRECTION
EXPERIENCES (durée conseillée : 60 min)
I - Identifications d’ions
Matériel :
 Sulfate de fer II : (Fe2+ + SO42-) (transparent légèrement verdâtre)
 Sulfate de zinc : (Zn2+ + SO42-) (transparent)
 Soude : Hydroxyde de sodium (Na+ + HO-)
 Phénolphtaléine (indicateur coloré) = réactif test
 Solution d’hexacyanoferrate III de potassium (jaune) = réactif test
 3 tubes à essais
Réaliser les tests correspondants au tableau suivant en utilisant environ 2 mL de la solution contenant
l’ion à tester et quelques gouttes du réactif servant au test. Compléter le tableau.
Ion testé
Réactif test
Observations
Tube 1
Ion Fer II : Fe2+
Ion hexacyanoferrate (III) : [Fe(CN)6]3-
Précipité bleu
Tube 2
Ion Zinc II : Zn2+
Ion hexacyanoferrate (III) : [Fe(CN)6]3-
Précipité blanc
Il apparaît jaunâtre à cause de
la solution qui est déjà colorée
Tube 3
Ion hydroxyde : HO-
Phénolphtaléine
Coloration rose
II – Modélisation de la corrosion de l’acier en milieu maritime
Matériel mis à votre disposition
o Clous en fer décapé
o Clous galvanisés
o Clou décapé entouré d’un fil de cuivre
o Clou décapé entouré d’un fil de zinc
o Solution corrosive non salée
o Solution corrosive salée
o 3 boîtes de Pétri

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Remarques :
 La solution corrosive salée simule le milieu marin. Elle contient du chlorure de sodium NaCl, de
l’agar-agar (gélifiant), de l’hexacyanoferrate de potassium K3[Fe(CN)6] et quelques millilitres
de phénolphtaléine.
 Le gel agar-agar permet la diffusion (ou migration) d'espèces chimique tout en évitant une
homogénéisation accidentelle du milieu par agitation.
Protocole
On dispose dans les boîtes de Pétri, des clous en fer selon le protocole schématisé ci-dessous.
1. Dans une boîte de Pétri n°1, placer un clou en acier décapé et un clou en acier galvanisé.
2. Verser, avec précaution, la solution corrosive douce non salée et tiède (60°C) dans la boite de
Pétri n°1 avant qu’elle ne soit gélifiée.
3. Dans une boîte de Pétri n°2, placer un clou en acier décapé et un clou en acier galvanisé.
4. Dans une autre boîte de Pétri n°3, placer un clou en acier entouré d’un fil de cuivre et un clou
enroulé d’un fil de zinc.
5. Verser, avec précaution, la solution corrosive salée et tiède (60°C) dans les boites de Pétri n°2
et 3 avant qu’elle ne soit gélifiée.
6. Laisser refroidir jusqu'à ce que le gel se fige.
Ces expériences ont été réalisées à l'avance car elles nécessitent du temps (au moins 30 minutes)
avant d’être véritablement exploitables.
Schémas
Clou en fer
galvanisé
n°3
n°2