Sais-tu que la rouille est l'oxydation du fer par l'oxygène dans un environnement humide ? Même si tu ne fais que brûler du charbon ou du bois dans un gril ou allumer une bougie, la substance en question s'oxyde toujours.
Mais ce ne sont là que quelques-uns des innombrables exemples dans lesquels l'oxydation a lieu.
Grâce à ce résumé de cours, tu sauras tout sur l'oxydation à temps pour que tu puisses la reconnaître.
- Ce résumé de cours porte sur l'oxydation.
- Tout d'abord, nous allons définir l'oxydation.
- Nous examinerons ensuite la réaction d'oxydation.
- Ensuite, nous explorerons l'histoire de l'oxydation chimique.
- Nous verrons l'oxydation par l'oxygène et l'oxydation sans oxygène.
- Nous verrons aussi l'oxydation de fer et la formation de la rouille.
- Enfin, nous présenterons la force motrice de l'oxydation et le nombre d'oxydation.
Oxydation : Définition
L'oxydation est une réaction chimique dans laquelle la substance oxydante (donneur d'électrons) émet des électrons.
Une autre substance (oxydant) absorbe ces électrons (accepteur d'électrons). Cette dernière est réduite en acceptant des électrons.
Réaction d'oxydation
C'est-à-dire qu'une oxydation est toujours accompagnée d'une réduction. Les deux réactions ensemble sont des réactions partielles dans la réaction redox.
- Oxydation : \( A \rightarrow A^+ + e^- \) ; la substance \( A \) perd un électron .
- Réduction : \( B + e^- \rightarrow B^- \) ; l'électron est accepté par la substance \( B \) .
- Réaction d'oxydoréduction : \( A + B \rightarrow A^+ + B^- \) ; la substance \( A \) donne un électron à la substance \( B \) .
- La substance \( A \) est le donneur d'électrons et la substance \( B \) est l'accepteur d'électrons.
L'oxydation est souvent abrégée en "Ox", qui ne comporte que deux lettres. Dans la réduction, également abrégée en "Réd", l'abréviation a trois lettres.
Tu peux donc te rappeler que pendant l'oxydation, des électrons sont libérés et que durant la réduction, des électrons sont gagnés.
Oxydation chimique
Le terme d'oxydation vient à l'origine d'Antoine Laurent de Lavoisier, qui voulait l'utiliser pour décrire la combinaison d'éléments et de composés chimiques avec l'élément oxygène, c'est-à-dire la formation d'oxydes. Le terme a ensuite été élargi pour inclure les réactions dans lesquelles les atomes d'hydrogène étaient retirés d'un composé (déshydrogénation).
Sur la base de la théorie des ions et du modèle atomique de Bohr, l'oxydation a finalement pu être interprétée et généralisée en termes d'électrons. La caractéristique de ce processus se traduit aujourd'hui par l'émission d'électrons à partir d'une substance chimique.
Oxydation par l'oxygène
Les réactions chimiques d'une substance avec l'oxygène étaient à l'origine appelées oxydation. Aujourd'hui encore, ce terme est associé à la réaction avec l'oxygène et à la formation d'oxydes. Dans sa définition plus générale, cette réaction n'est que l'une des nombreuses réactions pouvant être expliquées par la théorie des électrons de valence.
Par exemple, lorsqu'un atome de métal réagit avec une molécule d'oxygène, l'oxydation du métal et donc la formation d'oxyde métallique peuvent être illustrées par les équations de réaction suivantes :
| Étape | Équation de réaction | Que se passe-t-il ? |
| Oxydation | $$ M \rightarrow M^{2+} + 2e^- $$ | Le métal \( M \) cède deux électrons. |
| Réduction | $$ O + 2e^- \rightarrow O^{2-} $$ | L'oxygène \( O \) accepte deux électrons. |
| Réaction d'oxydoréduction | $$ M + O \rightarrow M_2 + O_2^{2-} $$ | L'oxygène oxyde le métal et est lui-même réduit dans le processus. |
Dans ce cas, l'oxygène veut s'efforcer d'avoir une couche d'électrons de valence complète en acceptant deux électrons et donc en ayant ensuite un total de huit électrons et la règle de l'octet. Cependant, le métal peut dissoudre les couches partiellement occupées en libérant des électrons et ainsi la configuration stable inférieure suivante à un électron se réalise.
Exemples d'oxydation par l'oxygène
Les exemples classiques d'oxydation par l'oxygène sont tous les types de combustion de substances contenant du carbone dans l'oxygène atmosphérique. Il s'agit, entre autres, de la combustion du charbon, du bois, de l'essence dans le moteur, des bougies, etc. Si l'on considère le charbon (carbone pur), chaque atome de carbone cède quatre électrons à deux atomes d'oxygène, créant ainsi deux doubles liaisons. Du dioxyde de carbone \( CO_2 \) est produit.
$$ C + O_2 \rightarrow CO_2 $$
$$ Carbone + Oxygène \rightarrow Dioxyde \space de \space carbone $$
Dans la réaction de l'hydrogène avec l'oxygène, il se forme du monoxyde de dihydrogène, mieux connu sous le nom d'eau \( H_2O \) :
$$ 2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O $$
$$ hydrogène + oxygène \rightarrow eau $$
Oxydation de fer : Corrosion
Pense à une voiture, la voiture à laquelle tu penses est probablement de ta couleur préférée. La peinture ne sert pas seulement à embellir la voiture. Son objectif principal est plus important : empêcher la rouille.
Lorsque le fer est exposé à l'oxygène et à l'humidité, il rouille. La formation de la rouille est due à la corrosion du fer.
La corrosion est la dégradation d'un métal lorsqu'il est exposé à l'environnement.
Un métal se corrode, c'est-à-dire qu'il a réagi avec l'eau et l'oxygène de son environnement pour présenter les oxydes respectifs.
Le fer rouille sous l'influence de l'oxygène et forme différents oxydes de fer :La rouille de formules \( Fe_2 O_3 , Fe_3 O_4 , FeO \)
Rouille
La rouille se produit lorsque la surface des métaux ferreux s'oxyde. Dans ce cas, elle se lie à l'oxygène pour former de l'oxyde de fer. L'oxyde de fer a alors la teinte rouge brunâtre bien connue.
Le fer présente une réaction d'oxydation formant un oxyde de fer \( III \) hydraté \( Fe_2O_3.xH_2O \) appelé rouille.
$$ 4 Fe + 3O_2 + xH_2O \rightarrow 2Fe_2O_3.xH_2O $$
La rouille est un oxyde de fer \( III \) hydraté \( Fe_2O_3.xH_2O \) de couleur brun rougeâtre qui se forme par oxydation du fer en présence d'oxygène et d'eau.
Nous pouvons démontrer la formation de la rouille avec cette expérience simple.
- Dans ce tube à essai, une laine de fer humide reste en contact avec l'air ;
- Quarante-huit heures plus tard, elle est devenue rouillée. L’eau a monté dans le tube et une partie de l'air a disparu.
Fig.1- Formation de la rouille.
Pour expliquer le phénomène, essayons de descendre à un niveau microscopique à la surface de contact entre le fer et l'air humide.
- Les molécules de dioxygène dissoutes dans l'eau attaquent les atomes de fer et leur arrachent deux électrons en formant des ions \(Fe^{2 +} \) ;
- Au même cours, les électrons, le dioxygène et l'eau sont entraînés ensemble pour former des hydroxyles. C'est une première étape, mais l'oxydation continue ;
- l'oxygène attaque les ions \( Fe^{2+} \) puis arrache un électron et les transforme en \( Fe^{3+} \)
- et le balai continue à produire de nouveaux ions hydroxyles \( OH^- \) ;
- Finalement les ions \( Fe^{3+} \) et les ions hydroxyles s'assemblent en un précipité, la rouille orange vif qui s'étale en surface.
Cette rouille va maintenant attaquer en profondeur les atomes de fer encore intacts, mais plus lentement et moins énergiquement en formant une rouille plus foncée.
Oxydation sans oxygène
Le terme d'oxydation a ensuite été étendu aux réactions qui suivent le même principe chimique, sauf que l'oxygène n'intervient pas. Dans un sens plus large, l'oxydation signifie également que des électrons sont perdus. Par exemple, dans la réaction du sodium et du chlore pour former du chlorure de sodium, l'atome de sodium donne un électron à l'atome de chlore, ce qui provoque l'oxydation du sodium.
Fig.2- Oxydation du sodium.
À son tour, le chlore est réduit :
| Étape | Équation de la réaction | Que se passe-t-il ? |
| Oxydation | \( Na \rightarrow Na^+ + e^- \) | Le sodium perd un électron. |
| Réduction | \( Cl + e^- \rightarrow Cl^- \) | Le chlore est réduit en gagnant un électron. |
| Réaction redox | \( Na + Cl \rightarrow Na^+ + Cl^- \) | Le sodium et le chlore réagissent dans une réaction redox. |
Puisque le chlore n'entre dans la réaction que de façon moléculaire sous forme de \( Cl_2 \) , on écrit plus explicitement :
$$ 2Na + Cl_2 \rightarrow 2Na^+ + 2Cl^- (2NaCl) $$
Force motrice de l'oxydation
L'oxydation est la perte d'électrons. Mais cela soulève les questions suivantes :
- Quelles substances ont tendance à s'oxyder ?
- Pourquoi les substances s'oxydent-elles ?
- Quelle est la force motrice de l'oxydation ?
Globalement, toutes les substances qui ont un potentiel standard élevé ont tendance à donner des électrons. Cela inclut également tous les métaux qui sont nobles et les substances qui meurent en libérant des électrons individuels et qui ont donc une couche d'électrons de valence extérieure entièrement occupée.
La règle de l'octet est l'état souhaité de toutes les substances, car c'est un état énergétiquement stable. Lors de l'oxydation, les substances réagissent en acceptant trop d'électrons pour remplir la règle de l'octet. Au lieu de cela, elles préfèrent céder leurs électrons afin que la couche de valence externe devienne vide.
Nombre d'oxydation
Le nombre d'oxydation décrit le nombre de charges hypothétique d'un atome ou d'une molécule.
Lors de l'oxydation, le nombre d'oxydation augmente \( Na^0 \rightarrow Na^{+1} \) , ce qui entraîne une dégradation de la réduction.
Dans une molécule, les paires d'électrons de liaison sont attribuées à l'atome dont l'électronégativité est la plus élevée. Les nombres de composés atomiques similaires sont répartis entre eux de manière égale. Les ions ont comme somme des nombres d'oxydation leur nombre de charges et les molécules ont la somme \( 0 \) . Les nombres d'oxydation des atomes qui font partie d'un groupe fonctionnel sont importants.
Pour en savoir plus sur les nombres d'oxydation, si tu veux en savoir plus, il suffit de consulter le résumé de cours correspondant.
Oxydation - Points clés
- L'oxydation est la perte d'électrons.
- Dans l'oxydation, il y a toujours un donneur d'électrons qui cède des électrons et un accepteur d'électrons qui prend les électrons donnés.
- Lors d'une oxydation, les substances oxydantes s'efforcent d'atteindre la configuration électronique d'un gaz noble.
- Une oxydation se déroule toujours simultanément avec une réduction. Les réactions combinées sont alors désignées par le terme de réaction d'oxydoréduction.
- La corrosion est la dégradation d'un métal lorsqu'il est exposé à l'environnement.
- Le fer rouille sous l'influence de l'oxygène et forme différents oxydes de fer.
- Le nombre d'oxydation décrit le nombre de charges hypothétique d'un atome ou d'une molécule.
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