Corrosion et anode sacrificielle

Corrosion et anode sacrificielle
SPE
2
● La corrosion des métaux est un phénomène courant : le métal réagit par réaction chimique avec
un oxydant (le dioxygène O2 le plus souvent).
● A part les métaux nobles comme l’or, le platine et l’argent, les autres métaux s’oxydent
naturellement à l’air libre à cause du dioxygène de l’air (exemples : Fe2O3, Al2O3).
● Les milieux électrolytiques, comme l’eau de mer, accélèrent le phénomène corrosion.
● Ce système constitue une pile électrochimique : le métal de fer jouant le rôle de la cathode, le
zinc celui de l’anode.
Réalisation d’une pile électrochimique
1- A partir des informations dans les documents, indiquer sur la pile du document 1 :
- Le mouvement des porteurs de charges à l’intérieur et à l’extérieur de la pile.
- Les équations qui se déroulent au niveau de l’électrode de fer et de cuivre.
- L’anode et la cathode.
- Les polarités de la pile.
- Le sens du courant électrique.
2- Réaliser différentes piles à l’aide du matériel nécessaire. Écrire les équations se déroulant à
l’anode et la cathode.
Document 1 : Pile électrochimique
Une pile est constituée de deux demi-piles reliées électriquement par un pont salin. Le cas le
plus simple est la demi-pile constituée par une électrode métallique solide, plongeant dans une
solution aqueuse contenant le cation métallique de la même espèce. Par exemple, une lame
métallique de cuivre (Cu(s)) plongeant dans une solution de sulfate de cuivre (Cu2+(aq), SO 2-4 (aq) )
constitue une demi-pile.
A
R
Pont salin
Zn(s)
Cu (s)
Schéma d’une pile cuivre-Zinc avec le mouvement des porteurs de charges (historiquement
appelée pile Daniell)
Le pont salin assure une liaison électrique entre les deux demi-piles et permet de respecter
l’électroneutralité de chacune des demi-piles.
A l’extérieur de la pile, seuls les électrons circulent et à l’intérieur de la pile, ce sont les ions et
uniquement eux qui assurent le passage du courant.
Moyen mnémotechnique :
Anode et oxydation commencent par une
voyelle.
Cathode et réduction commencent par une
consonne.
Définitions :
L’anode est le siège d’une oxydation : il y a
une perte d’électrons à cette électrode.
La cathode est le siège d’une réduction : il y a
un gain d’électrons à cette électrode.
Document 2 : Anode et cathode
● L’anode est le siège d’une oxydation : il y a une perte d’électrons à cette électrode.
● La cathode est le siège d’une réduction : il y a un gain d’électrons à cette électrode.
Anode sacrificielle
Document 1 : Anode sacrificielle
Une anode sacrificielle est une pièce métallique permettant, via sa consommation, la protection
d'un autre élément métallique.
La corrosion galvanique est due à la différence de potentiel de métaux en contact, ou reliés entre
eux, plongés dans un électrolyte, comme l'eau de mer : une pile est ainsi formée.
Le fer est un métal beaucoup utilisé
utilisé dans le domaine de la métallurgie, notamment dans la
construction des coques de bateaux. Soumis à l’action de l’eau et du dioxygène, le fer s’oxyde : on
parle de corrosion.
Afin d’éviter ce problème, on accole sur les coques de bateaux des blocs de zinc qui s’oxydent à la
place du fer : c’est une anode sacrificielle. La coque du bateau est ainsi protégée tant que le bloc
de zinc n’est pas entièrement consommé.
Document 2 : Divers tests
Clou en acier enroulé par un fil de zinc
Clou en acier
er enroulé par un fil de cuivre
Ion à tester
Réactif
Fe 3+ (aq)
Ion hexacyanoferrate (II)
Zn2+ (aq)
soude
OH -(aq)
Phénolphtaléine
Document 2 : Pile électrochimique
Le fer et le zinc forment alors une pile électrochimique qui peut être décrite selon le schéma ci
cidessous. L’eau de mer, solution électrolytique, joue le rôle du pont salin. La densité de courant qui
s’établit est j = 0,100 A.m-2.
R
Fe (s)
Zns)
Pont salin
2+
Zn
(aq)
+ SO 24 (aq)
2+
Fe
(aq)
+ SO 24 (aq)
Données :
1 mol d’électrons a une charge q = 9,65.104 C
Le fer appartient au couple Fe2+ / Fe, le zinc au couple Zn2+ / Zn.
La charge électrique Q est reliée avec le courant I et le temps ∆t est : Q = I.∆t avec Q en C, I en A
et ∆t en s.
La variation de masse au niveau des électrodes est donnée par la relation suivante :
I.∆t.M
∆m =
2F
1- Expliquer pourquoi le zinc permet de protéger le fer de la corrosion. Expliquer le terme d’anode
sacrificielle.
2- Déterminer la masse minimale de zinc à accoler sur la coque pour protéger une coque de 50,0
m2 pendant un an.
3- Que peut-on dire du résultat obtenu ?
Compétences
travaillées
S’approprier
Analyser
Réaliser
Critères de Réussite
Identifier un problème le formuler
Construire les étapes d’une résolution de problème
Savoir réaliser un montage d’une pile électrochimique
A
B
C
D