Étape 1 · Leçon
Oxydation des métaux
Rouille du fer, rôle du dioxygène, Fe₂O₃, protection et inox, oxydation de l’aluminium (Al₂O₃).
I) L’oxydation du fer dans l’air humide
1) Les conditions de formation de la rouille. On place quatre clous en fer dans des milieux différents. On observe l’état de chaque clou après une vingtaine de jours.
Quatre clous après une vingtaine de jours
| Tube | Milieu | Rouille ? |
|---|---|---|
| (a) | Air sec | Non |
| (b) | Air + eau | Oui, un peu |
| (c) | Air + eau salée | Oui, plus qu’en (b) |
| (d) | Eau bouillie + couche d’huile | Non |
- Des traces de rouille apparaissent dans les tubes (b) et (c).
- Dans les tubes (a) et (d), les clous ne rouillent pas.
- La quantité de rouille est plus importante dans le tube (c) que dans le tube (b).
La formation de rouille n’est possible que si le fer est en contact avec de l’air et de l’eau (plus simplement : avec de l’air humide).
2) Le rôle du dioxygène dans la corrosion du fer.
Expérience 1 — oxydation du fer dans l’air. De la laine de fer est placée dans un tube inversé, au-dessus d’eau colorée, avec de l’air. Après quelques jours, le niveau de l’eau a monté d’environ 1/5. La laine de fer est partiellement rouillée : elle a réagi avec le dioxygène. Le gaz qui reste est le diazote.
Expérience 2 — oxydation du fer dans le dioxygène. Même montage, mais le tube est rempli de dioxygène. Après quelques jours, le niveau de l’eau occupe tout le tube. La laine de fer est rouillée : tout le dioxygène a réagi. L’eau remplace le dioxygène disparu.
Le fer réagit avec le dioxygène de l’air. La formation de la rouille est donc une réaction d’oxydation.
Conclusion.
- Au contact de l’air humide, le fer se transforme en rouille. C’est une réaction chimique lente entre le dioxygène de l’air et le fer.
- Le principal constituant de la rouille est l’oxyde de fer III (oxyde ferrique), de formule Fe₂O₃.
- Bilan : 4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃.
- La formation de la rouille est favorisée par l’eau salée.
- La rouille, brun-rouge, est poreuse. La réaction se propage en profondeur jusqu’à la disparition totale du fer : c’est une corrosion.
- Pour protéger le fer, on le couvre d’une couche imperméable à l’air : chrome, nickel, peinture, graisse…
On peut aussi augmenter la résistance du fer à la corrosion en le mélangeant avec du chrome et du nickel. On obtient un alliage : l’acier inoxydable (acier inox, ou inox).
II) L’oxydation de l’aluminium dans l’air
On laisse dans l’air, pendant quelques semaines, une lame neuve d’aluminium. L’aspect devient terne. Le métal s’est recouvert d’une fine couche grisâtre. Après polissage, l’aluminium retrouve son éclat métallique et conserve ses propriétés (légèreté, dureté…).
Conclusion.
- L’aluminium s’oxyde lentement. Le dioxygène n’attaque que la surface : il se forme une couche mince d’oxyde d’aluminium (alumine), grisâtre, de formule Al₂O₃.
- Cette couche est imperméable à l’air. Elle protège l’aluminium de la corrosion : l’aluminium est auto-protégé.
- Équation : 4 Al + 3 O₂ → 2 Al₂O₃.