En finir avec la corrosion - Agence de l`Eau Seine Normandie

Physique-Chimie
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En finir avec la corrosion
Objectifs
•É
quilibrer des équations d’oxydoréduction
• Mettre en évidence le phénomène de corrosion du fer
• Protéger le fer contre la corrosion
Ressources
• feuille de papier, règle et crayons de couleur
• 3 boîtes de Pétri
• 1 erlenmeyer de 250 mL
• 8 clous en fer décapés
• ficelle fine
• balance
• plaque chauffante avec
agitation magnétique + barreau aimanté
• pince en bois, spatule
• papier de verre
• copeaux de Mg
• tournure de Cu
• petits morceaux de Zn
• fils d’ Ag
• NaCl
• phénolphtaléine
• ferricyanure de potassium (K3Fe(CN)6)
• agar-agar
Déroulement
Avant de commencer
La corrosion désigne l’altération d’un objet par
réaction avec un oxydant. Ce phénomène naturel
altère les ouvrages métalliques tels que les
ponts et les bâtiments ou à moindre échelle les
carrosseries de voiture et les clôtures. Il touche
plus particulièrement les régions maritimes. Il
est nécessaire de mettre au point des solutions
pour protéger les ouvrages concernés.
Pont de Normandie
(Estuaire de la Seine)
Mise en évidence du phénomène de corrosion
en région maritime
• Dans 100 mL d’eau, introduire 3 g de NaCl, une
pointe de spatule de ferricyanure de potassium
et quelques gouttes de phénolphtaléine.
• Porter ce mélange à 90°C en agitant puis couper
le chauffage et ajouter deux pointes de spatule
d’agar-agar.
• Agiter fortement puis verser dans une boîte de
Pétri contenant un clou en fer préalablement
décapé.
• Recommencer l’opération sans ajouter de
NaCl.
Après quelques minutes, on observe
l’apparition de colorations au voisinage du clou
dans la boîte de Pétri contenant l’eau salée.
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?
1. Sachant que le ferricyanure de potassium
donne une coloration bleu foncé en présence
d’ion Fe2+ et que la phénolphtaléine donne
une coloration rose en présence d’ion OH-,
montrer que le fer s’est corrodé dans l’eau
salée. Quelle espèce joue le rôle d’oxydant ?
Écrire les demi-équations électroniques puis
l’équation globale d’oxydoréduction rendant
compte de la corrosion.
2. E
xpliquer pourquoi la corrosion est plus
importante dans l’eau salée que dans l’eau
douce. Dans quelles régions du monde le
phénomène de corrosion est-il le plus à
craindre ?
Protection du fer contre la corrosion
On peut protéger le fer de la corrosion en utilisant un métal dit sacrificiel qui se
corrodera à la place du fer. On se propose de tester l’efficacité « anti-corrosion » de
quatre métaux : le cuivre, le zinc, l’argent et le magnésium.
• Entourer un clou de tournure de cuivre, un clou de grenaille de zinc, un clou de fil d’argent
et un clou d’un copeau de magnésium. On pourra s’aider d’une ficelle pour fixer les
métaux, préalablement décapés, sur les clous.
• Les placer dans une boîte de Pétri autour d’un clou en fer qui joue le rôle de témoin.
• Recouvrir avec la solution corrosive préparée selon le mode opératoire de l’expérience
précédente.
• Après quelques minutes des colorations apparaissent au voisinage des métaux.
?
3. Interpréter l’absence de coloration bleu foncé au voisinage du zinc et du magnésium.
Pourquoi observe-t-on alors une coloration rose ? Écrire pour chaque métal les demiéquations redox et l’équation globale d’oxydoréduction rendant du phénomène observé.
4. Que peut-on dire de l’efficacité « anti-corrosion » du cuivre et de l’argent ?
Lien avec les autres disciplines
Géographie : les zones maritimes et portuaires.
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Corrigé
• Mise en évidence du phénomène de corrosion en région maritime
1. Dans l’eau salée, il apparaît une coloration bleu foncé autour du clou témoignant de la présence d’ion
Fe2+ : il y a eu oxydation du fer selon la demi-équation électronique :
Fe = Fe2+ + 2e- (1)
Les électrons cédés par le réducteur fer doivent être captés par un oxydant qui est ici le dioxygène de
l’air dissout dans la solution corrosive.
½ O2 + H2O + 2e- = 2OH- (2)
La production d’ion OH- explique la coloration rose observée sur la tête du clou.
Le bilan global est obtenu en faisant la somme des deux demi-équations électroniques (1) et (2) :
Fe + ½ O2 + H2O > Fe2+ + 2OH2. L’eau salée est beaucoup plus conductrice que l’eau douce car y sont présents des ions mobiles Na+
et Cl- en concentration importante (environ 30g/L). La forte conductivité de l’eau de mer favorise les
réactions d’oxydoréduction.
Ce phénomène est d’autant plus important que l’eau est chaude et de forte salinité à l’équateur.
• Protection du fer contre la corrosion
3. Une forte coloration rose est observée au voisinage du
magnésium et du zinc témoignant de la production d’ion
OH- : il y a eu réduction du dioxygène.
L’absence de coloration bleu foncé montre que le fer n’a
pas joué le rôle de réducteur. On peut donc penser que
le zinc et le magnésium se sont oxydés à la place du fer
selon les demi-équations :
Mg = Mg2+ + 2e- et Zn = Zn2+ + 2eLe fer a donc été protégé de la corrosion par le magnésium et le zinc.
4. On observe une coloration bleu foncé au voisinage du fil
d’argent et de la tournure de cuivre. Ceci témoigne de la
présence d’ion Fe2+ et donc de la corrosion du fer. Le cuivre
et l’argent ne sont pas assez réducteurs pour protéger le fer.
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