L’oxydation





Cours de physique – niveau classe de première S – partie « Agir, défis XXIème Siècle– Convertir l’énergie et économiser les ressources »

  1. Définition
  2. L’oxydant
  3. L’espèce chimique oxydée
  4. Demi-équation d’oxydation
  5. Reconnaître une réaction d’oxydation
  6. Oxydation et oxygène
  7. Oxydation et corrosion
  8. Oxydation des métaux en solution aqueuse
  9. Oxydation des métaux à l’air libre
  10. Oxydation des aliments

Définition



Une oxydation est une réaction chimique au cours de laquelle une espèce chimique (atome, molécule ou ion) perd un ou plusieurs électrons.

Exemples:

  •  L’oxydation du cuivre métallique Cu en ions cuivre Cu2+
    Cu Cu2+ + 2e
  •  L’oxydation du fer métallique en ions fer Fe2+
    Fe Fe2+ + 2e
  • L’oxydation des ions chlorure en dichlore Cl2
    2ClCl2 + 2e

Remarques

  •  il s’agit d’une définition simplifiée qui peut être, dans certains cas, étendue à des réactions faisant intervenir des espèces chimiques n’échangeant pas d’électrons mais dont un des éléments chimiques subit la diminution d’une grandeur appelée nombre d’oxydation (cette notion n’est pas au programme du lycée).
  • les électrons sont des particules qui ne peuvent être libérées spontanément par une espèces chimique et subsister de manière isolée par conséquent une oxydation s’accompagne toujours d’une réaction lors de laquelle des électrons sont captés (réaction de réduction) par une autre espèce chimique.

L’oxydant

Par définition un oxydant est une espèce chimique qui provoque l’oxydation d’une autre espèce (qui se fait oxyder)

Puisque l’oxydation provoque une perte d’électrons, l’oxydant est l’espèce qui capte ces électrons perdus.

On dit que l’oxydant est réduit (il subit une réduction)

Un moyen mnémotechnique de se rappeler du rôle de l’oxydant est de retenir que:

L’ Oxydant Obtient des électrons.

L’espèce chimique oxydée

Il s’agit de l’espèce qui perd un ou plusieurs électrons au cours de l’oxydation.

Elle est qualifiée de réducteur ou d’espèce réductrice.

Elle peut être neutre, chargée négativement ou positivement:

  • l’oxydation d’une espèce neutre conduit à un cation (positif) puisque la perte d’électrons correspond à une perte de charges négatives.
  • l’oxydation d’un cation donne un cation de charge excédentaires plus importante.
  • l’oxydation d’un anion peut former soit un anion, une espèce neutre ou un cation.

Demi-équation d’oxydation

C’est une équation de réaction traduisant l’oxydation d’une espèce chimique.



Comme toutes les équations de réaction elle comporte les formules chimiques des espèces participant à la réaction ( celles des réactifs et des produits ) mais elle indique aussi les électrons échangés (représentés par leur symbole e)

Une demi-équation d’oxydation a donc toujours la forme suivante:

A B + n e

Où:
A est l’espèce qui se fait oxyder
B est l’espèce oxydée
n est le nombre d’électrons cédés

Exemple, la demi-équation d’oxydation du cuivre métallique:

Cu -> Cu2+ + 2e

Reconnaître une réaction d’oxydation

Pour savoir si une réaction est une oxydation il suffit de vérifier qu’une espèce chimique cède des électrons, pour cela il existe plusieurs possibilités:

  • en vérifiant que la réaction est décrite par une demie équation de la forme A -> B + n e
  • à partir d’une description des échanges d’électrons au cours de la réaction.
  • en comparant les formules des réactifs et des produits de la réaction et en vérifiant par exemple qu’un réactif a une formule de type A et l’un des produits a une formule de type An+

Oxydation et oxygène

Historiquement les premières réactions chimiques d’oxydation étudiées furent celles où intervenaient le dioxygène. Ce dernier a en effet tendance à réagir avec différents corps pur et en particulier avec les métaux pour pour former des oxydes: le fer (Fe) forme par exemple avec le dioxygène un oxyde de fer (le plus souvent de formule Fe2O3 ou Fe3O4), le cuivre forme de l’oxyde de cuivre, le plomb forme de l’oxyde de plomb etc.
Le terme « oxydation » a été choisi pour designer à l’origine cette catégorie de réactions chimiques où le dioxygène intervient pour former des oxydes mais cette notion a été étendue pour aboutir à la définition actuelle.

Remarque: une ancienne définition considère qu’un élément d’une espèce chimique subit une oxydation si le nombre d’oxygène auxquel il est lié augmente.

Oxydation et corrosion

Les phénomènes d’oxydation et de corrosion sont souvent confondus. Il arrive que l’oxydation soit (mais ce n’est pas systématique) une forme de corrosion mais cette dernière peut prendre d’autres formes.

Par définition la corrosion correspond à la dégradation d’un matériau, elle peut résulter de transformations chimiques (oxydation, réaction acide-base) ou de phénomènes physiques (frottement, abrasion…)

Dans le cas des métaux l’oxydation correspond à une corrosion lorsque l’oxyde métallique formé constitue une couche poreuse qui laisse passer le dioxygène et laisse ce dernier réagir jusqu’à la consommation de la totalité du métal.


Oxydation des métaux en solution aqueuse

Les corps purs métalliques ont la propriété commune d’être oxydables, en solution aqueuse un métal de symbole M s’oxyde, dans la majorité des cas, en perdant un nombre n d’électrons et forme un cation de formule Mn+ selon la demi-équation de forme :



M -> Mn+ + n électrons

Exemples d’oxydation de métaux en solution aqueuse

– Le cuivre (Cu) est oxydé en ion cuivre (Cu2+):

Cu -> Cu2+ + 2e

– le fer (Fe) est oxydé en ion fer (Fe2+ ou Fe3+):

Fe -> Fe2+ + 2e
Ou
Fe -> Fe3+ + 3e

Remarque
Une solution aqueuse comporte toujours des molécules d’eau mais il y a aussi des ions hydrogène H+ si la solution est acide ou des ions hydroxyde OH si elle est  basique. Lors de certaines réactions d’oxydoréduction il arrive que ces espèces chimiques (H2O, H+ ou OH) interviennent et figurent parmi les réactif.

Oxydation des métaux à l’air libre

 l’air libre les métaux sont susceptibles de réagir avec le dioxygène (éventuellement avec la participation de l’eau et du dioxyde de carbone) pour former un oxyde métallique (un composé associant le métal et l’oxygène).

Cette réaction correspond à une oxydation du métal car l’oxyde métallique est un composé ionique constituéde cations métalliques et d’anions oxyde de formule O2-.

Lors de cette réaction chaque atome du métal M perd donc chacun un nombre « n » d’électrons qui sont captés par les atomes d’oxygène.

Exemples d’oxydation de métaux par le dioxygène de l’air

Le cuivre forme de l’oxyde de cuivre CuO
2 Cu + O2 -> 2 CuO

L’argent forme de l’oxyde d’argent Ag2O

4 Ag + O2 -> 2 Ag2O


Oxydation des aliments

Les aliments sont constitués d’espèces chimiques organiques (principalement des lipides, glucides protéines, vitamines) qui peuvent comporter des liaisons multiples (triples ou doubles) ou des groupes chimiques (par exemple hydroxyle) susceptibles de subir une oxydation. Par conséquent un aliment laisser à l’air libre peut s’oxyder au contact de l’air, son gout, sa couleur, ses qualités nutritionnelles peuvent ainsi être modifiées.
Par exemple les matières grasses comme le beurre sont sensibles à l’oxydation qui les fait rancir.



Notions de seconde à réviser


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