cours redox

Lycée Jean DUPUY Lycée Jean DUPUY TARBESTARBES

Classification Classification électrochimique électrochimique

des métauxdes métaux

1.Notion de couple rédox1.Notion de couple rédox On réalise l’expérience suivante:On réalise l’expérience suivante:

Il y a un dépôt de cuivre , sur la lame de zinc

Le cuivre passe de l’état ionique à l’état atomique

On écrit : Cu2+ + 2e- Cu , le cuivre gagne des électrons, il est réduit, c’est une réduction. Cu2+ est la forme oxydée du couple rédox Cu2+/Cu, Cu est sa forme réduite.

Les électrons sont fournis par la lame de zinc.

Lame de zinc Zn

Solution de sulfate de cuivre ( Cu2+,

SO42-)

1.Notion de couple rédox1.Notion de couple rédox

La lame de zinc fournit les électrons , donc les atomes de zinc La lame de zinc fournit les électrons , donc les atomes de zinc passent de l’état atomique à l’état ionique.(La lame se dissout peu passent de l’état atomique à l’état ionique.(La lame se dissout peu à peu)à peu)

On écrit :On écrit :Zn ZnZn Zn2+2+ + 2e + 2e- - ,, le zinc perd des électrons, il est oxydé , c’est une le zinc perd des électrons, il est oxydé , c’est une

oxydation.oxydation.ZnZn2+2+ est la forme oxydée du couple rédox Zn est la forme oxydée du couple rédox Zn2+2+/Zn, Zn sa forme /Zn, Zn sa forme

réduite.réduite.

Au bilan , il y a une réaction, avec échange d’électrons: C’est une réaction d’oxydo réduction.On écrit

Cu2+ + Zn Cu + Zn2+

1.Notion de couple rédox1.Notion de couple rédox La réaction que nous venons de voir La réaction que nous venons de voir

ne peut pas se faire dans un autre ne peut pas se faire dans un autre senssens Lame de

Cuivre Cu

Solution de sulfate de Zinc ( Zn2+,

SO42-)

Il n’y a pas de dépôt de zinc sur le cuivre.

On dit que le couple rédox Cu2+/Cu est plus oxydant que le couple Zn2+/Zn, car il peut oxyder le zinc Zn en ions Zn2+

Le couple rédox Zn2+/Zn est plus réducteur que le couple Cu2+/Cu, car il peut réduire les ions Cu2+ en atomes de cuivre Cu

2. Notion de pile redox2. Notion de pile redox

On va détourner les électrons de cette On va détourner les électrons de cette réaction naturelle pour faire une pile:réaction naturelle pour faire une pile:

Lame de zinc Zn

Solution aqueuse de sulfate de

zinc : Ions Zn2+, SO4

2-

Papier imbibé d’une solution de K+ , Cl-

VLame de cuivre Cu


cuivre : Ions Cu2+ , SO4

2-

2.Notion de pile redox2.Notion de pile redox

Le zinc donne toujours les électrons. Le zinc donne toujours les électrons. Donc la lame de zinc est le pôle – de Donc la lame de zinc est le pôle – de la pilela pile

La lame de cuivre est le pôle +.La lame de cuivre est le pôle +. Il y a oxydation du zinc et réduction Il y a oxydation du zinc et réduction

du cuivredu cuivre Le voltmètre indique 1 V environLe voltmètre indique 1 V environLa différence de potentiel d’électrode entre le couple Cu2+/ Cu et le couple Zn2+/Zn est de 1 V.

On peut donc classer ces 2 couples par pouvoir rédox croissant


Cela donne l’échelle de classement Cela donne l’échelle de classement électrochimique suivante :électrochimique suivante :

Pouvoir oxydant

croissant

Tension (V)

Couple Zn2+/Zn

Couple Cu2+/Cu

1 V


L’association d’un métal avec sa forme L’association d’un métal avec sa forme oxydée est appelée demi-pileoxydée est appelée demi-pile

Lame de Cuivre

Cu

Solution de sulfate de Cuivre ( Cu2+,

SO42-)

Demi-pile au cuivre

3. Établissement de la classification3. Établissement de la classification

Il suffit pour cela de réaliser une autre Il suffit pour cela de réaliser une autre pile:pile:

Lame de fer Fe

Solution aqueuse de sulfate de fer II : Ions Fe2+, SO4

2-

Papier imbibé d’une solution de K+ , Cl-

VLame de cuivre Cu


cuivre : Ions Cu2+ , SO4

2-

3. Établissement de la classification3. Établissement de la classification La lame de fer est le pôle – de la pile, donc La lame de fer est le pôle – de la pile, donc

le fer donne les électronsle fer donne les électrons La lame de cuivre est le pôle +.La lame de cuivre est le pôle +. Il y a oxydation du fer et réduction du Il y a oxydation du fer et réduction du

cuivrecuivre Le voltmètre indique 0,75 V environLe voltmètre indique 0,75 V environ

Pouvoir oxydant

croissant

Tension (V)

Couple Zn2+/Zn

Couple Cu2+/Cu

1 V

Couple Fe2+/Fe

0,7 V

3. Établissement de la classification3. Établissement de la classification

Maintenant que l’échelle est construite, il faut placer Maintenant que l’échelle est construite, il faut placer une origine: un zéro !une origine: un zéro !

Le potentiel 0 V correspond à l’ électrode à Le potentiel 0 V correspond à l’ électrode à hydrogène du couple acide Hhydrogène du couple acide H33OO++/ H/ H2.2.

La pile cuivre/hydrogène a une ddp de 0,34 V, le cuivre restant le pôle +La pile cuivre/hydrogène a une ddp de 0,34 V, le cuivre restant le pôle +

Pouvoir oxydant

croissant

Tension (V)

Couple Zn2+/Zn

Couple Cu2+/Cu

Couple Fe2+/Fe

Couple H3O+/H2

- 0,76 - 0,42 +0,34 0

4. Prévoir une réaction rédox4. Prévoir une réaction rédox

Le potentiel du couple du plomb Le potentiel du couple du plomb PbPb2+2+/Pb est de -0,13 V/Pb est de -0,13 V

Lame de plomb

Solution de sulfate de cuivre ( Cu2+,

SO42-)

Lame de cuivre

Solution de sulfate de plomb ( Pb2+,

SO42-)

Peut on prévoir ce qui va se passer ?

4. Prévoir une réaction rédox4. Prévoir une réaction rédox

On applique la règle du On applique la règle du

Cu + 0,34 V

Pb - 0,13 V

Cu2+

Pb2+

Le cuivre est pus oxydant que le plomb.

Le plomb sera donc oxydé en ion Pb2+ , et le cuivre réduit en atomes Cu.

Il y aura un dépôt de cuivre sur la lame de plomb

Au bilan on écrit :

Cu2+ + Pb Cu + Pb2+

5. Applications 5. Applications 4.1. Les biens :programme 4.1. Les biens :programme

STS MISTS MI

corrosion chimique corrosion chimique

corrosion électrochimique corrosion électrochimique

Comment éviter ceci ?

5. Applications5. ApplicationsLa rouille est un phénomène naturel qui oxyde le fer à l ’état La rouille est un phénomène naturel qui oxyde le fer à l ’état

d’ions Fed’ions Fe33+ avec transition par l’ion Fe+ avec transition par l’ion Fe2+2+.En fait Fe.En fait Fe22OO33 , avec , avec passage par Fe(OH)passage par Fe(OH)22 , l’oxygène étant dans l’état O , l’oxygène étant dans l’état O2-2- dans ces dans ces molécules.molécules.

Ce phénomène coûte bien cher à la société, a commencer par Ce phénomène coûte bien cher à la société, a commencer par nous, qui repeignons régulièrement nos portails métalliques !nous, qui repeignons régulièrement nos portails métalliques !

L’oxydant est très souvent l’oxygène de l’air en milieu aqueux L’oxydant est très souvent l’oxygène de l’air en milieu aqueux (humide), les ions clhorures Cl(humide), les ions clhorures Cl-- de l’eau de mer (ou provenant de l’eau de mer (ou provenant du sel déposé sur les routes) accélèrent la corrosion.du sel déposé sur les routes) accélèrent la corrosion.

5. Applications5. Applications2 types de corrosion:2 types de corrosion: La corrosion chimique:La corrosion chimique: Due à l’action directe d’un Due à l’action directe d’un

liquide ou d’un gaz sur les parois du récipient qui les liquide ou d’un gaz sur les parois du récipient qui les contient. La corrosion ne résulte pas d’une réaction contient. La corrosion ne résulte pas d’une réaction rédox (électrochimique, transfert d’érédox (électrochimique, transfert d’é--), mais d’une ), mais d’une réaction chimique (attaque des parois du contenant réaction chimique (attaque des parois du contenant par le produit). On prévient cela par l’utilisation de par le produit). On prévient cela par l’utilisation de matériaux spécifiques : verres, plastiques , pour le matériaux spécifiques : verres, plastiques , pour le transport de certains acides par exemple)transport de certains acides par exemple)

La corrosion électrochimiqueLa corrosion électrochimique, qui résulte de réactions , qui résulte de réactions rédox: La vapeur d’eau de l’air se condense sur le rédox: La vapeur d’eau de l’air se condense sur le métal en contenant des ions Ométal en contenant des ions O2-2-, Cl, Cl-- ou des ions ou des ions métalliques Mmétalliques Mn+n+, qui constituent « des piles » avec le , qui constituent « des piles » avec le métal, entraînant la dissolution de ce dernier.métal, entraînant la dissolution de ce dernier.

5. Applications5. Applications

Protections contre la corrosion électrochimique:Protections contre la corrosion électrochimique:

Éviter tout contact avec l’oxydant :Éviter tout contact avec l’oxydant : Peintures et vernis Peintures et vernis Enrobages étanches:Enrobages étanches:

L’action de l’acide nitrique ou phosphorique sur le fer produit une L’action de l’acide nitrique ou phosphorique sur le fer produit une pellicule étanche qui le protège, méthode utilisée pour les pellicule étanche qui le protège, méthode utilisée pour les carrosseries auto dite « parkérisation »carrosseries auto dite « parkérisation »

On plonge le fer dans un métal liquide plus réducteur , fer On plonge le fer dans un métal liquide plus réducteur , fer galvanisé si c’est du zinc liquide ( dalles pluviales « en zinc » ), fer galvanisé si c’est du zinc liquide ( dalles pluviales « en zinc » ), fer blanc si c’est de l’étain liquide ( anciens ustensiles culinaires). Dans blanc si c’est de l’étain liquide ( anciens ustensiles culinaires). Dans ces 2 cas , c’est le zinc ou l’étain qui est oxydé, et pas l’acier ou le ces 2 cas , c’est le zinc ou l’étain qui est oxydé, et pas l’acier ou le fer. Mais le zinc ou l’étain s’oxydent beaucoup moins vitefer. Mais le zinc ou l’étain s’oxydent beaucoup moins vite

Modification du métal, rendu inoxydable par addition de Modification du métal, rendu inoxydable par addition de chrome, nickel ou titane ( Cher!)chrome, nickel ou titane ( Cher!)

5. Applications5. Applications

Protections contre la corrosion électrochimique:Protections contre la corrosion électrochimique:

Protection cathodique:Protection cathodique:

Fe2+ Fe -0,44 V

Zn -0,76 V

Mg -2,37 V

Zn2+

Mg2+

On place sur le métal, fer ou acier en général, un morceau d’un autre métal plus réducteur ( zinc, magnésium par ex).

On crée ainsi une pile. La règle du gamma, montre que chaque fois qu’un atome de fer passe sous forme d’ion Fe2+, il est restitué à l’état de fer Fe

On parle d’électrode sacrificielle , ou soluble : Zinc pour les coques de navires ou les canalisations enterrées, Magnésium pour les cumulus ( à changer tous les 4 ans !)

5. Applications5. ApplicationsProtections contre la corrosion électrochimique:Protections contre la corrosion électrochimique:

Protection par courant anodique:Protection par courant anodique:

C’est un procédé coûteux et complexe, mais fort efficaceC’est un procédé coûteux et complexe, mais fort efficace

On fait passer un courant dans le métal a protéger, On fait passer un courant dans le métal a protéger, pour cela , on le met sous tension.pour cela , on le met sous tension.

Cette mise sous tension, élève le potentiel du Cette mise sous tension, élève le potentiel du couple métal , de quelques volts, le rendant plus couple métal , de quelques volts, le rendant plus oxydant que les corps susceptibles de l’oxyder oxydant que les corps susceptibles de l’oxyder normalementnormalement

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