Oxydation des métaux

I – Oxydation du fer

1) Les conditions de l’oxydation du fer

Expérience

On place des clous en fer dans quatre tubes à essais. Quelques jours plus tard, on observe le résultat.

• Tube (1) : air sec
• Tube (2) : eau de robinet (eau + air)
• Tube (3) : eau salée
• Tube (4) : eau bouillie recouverte d’huile

Observation

• Le fer ne rouille ni dans l’air sec (1) ni dans l’eau bouillie (4).
• Le fer rouille dans l’air + eau (2).
• La quantité de rouille est plus importante dans l’eau salée (3).

Conclusion

• La rouille se produit lorsque le fer est exposé à la fois à l’eau et à l’aire (air humide).
• En présence d’air sec ou d’eau privée d’air (eau dégazée), le fer ne rouille pas.
• Le sel accélère la formation de la rouille.

2) Le rôle du dioxygène dans la formation de la rouille

L’air est un mélange de gaz constitué majoritairement de diazote (N_{2} environ 80%) et de dioxygène (O_{2} environ 20%). Pour savoir quel gaz de l’air réagit avec du fer, on peur réaliser l’expérience schématisée ci-dessous :

Expérience

Observation et interprétation

• Le volume d’air contenu dans l’éprouvette a diminué de 20%. Cela signifie que le dioxygène est le gaz avec le fer pour former la rouille, appelée oxyde de fer III.
• On peut exprimer cette réaction par son équation :
  fer + dioxygène → oxyde de fer III
• Cette réaction est appelée une oxydation.

Conclusion

• La transformation du fer en rouille est une réaction chimique lente entre le fer (Fe) en présence d’eau.
• La rouille est le produit de corrosion ou d’oxydation du fer. Elle est constituée essentiellement d’oxyde de fer III (oxyde ferrique), de formule chimique Fe_{2}O_{3}.
• L’équation bilan de cette réaction s’écrit :

4 Fe + 3 O_{2} → 2 Fe_{2}O_{3}

Remarque

• La rouille est une matière poreuse (perméable) qui favorise l’oxydation du fer en profondeur jusqu’à sa disparition totale. Ce phénomène est appelé la corrosion.
• Pour protéger le fer contre la rouille, on peut le recouvrir d’une couche imperméable (peinture – huile – zinc – chrome …) qui l’isole de l’air et de l’eau. On peut aussi mélanger le fer avec du carbone et du chrome pour obtenir un alliage plus résistant à la corrosion, appelé acier inoxydable (inox).

Application

II – Oxydation de l’aluminium

Expérience

On expose une plaque neuve en aluminium quelques jours à l’air humide.

Observation

L’aluminium perd son éclat métallique car il y a formation d’une couche terne (blanche) à son surface.

Cette couche est appelée oxyde d’aluminium ou alumine, de formule chimique Al_{2}O_{3}

Conclusion

• La formation de l’oxyde d’aluminium (alumine) est une réaction chimique lente entre l’aluminium est le dioxygène. c’est une oxydation dont l’équation bilan est :

4 Al + 3 O_{2} → 2 Al_{2}O_{3}

Remarque

L’alumine protège l’aluminium contre la corrosion profonde car elle forme une couche imperméable à l’air.