Oxydation

L’oxydation est une réaction chimique au cours de laquelle une substance perd des électrons au profit d’une autre substance (appelée oxydant). C’est souvent l’oxygène qui joue le rôle de l’oxydant.

Oxydation du magnésium

Exemple: le carbone est oxydé par l’oxygène dans la réaction suivante.

Oxydation du fer

Oxydation du carbone

Noter certaines propriétés de ces substances avant et après la réaction (couleur, état, poids, propriétés électriques et magnétiques,...).

Observer la réaction chimique et la décrire: couleur de la flamme, chaleur dégagée...

Trouver une relation entre l'énergie développée pendant la réaction et la place des différents éléments dans le tableau périodique.

ruban de magnésium (Mg)

tampon de paille de fer (Fe)

mine de crayon en graphite (C)

pince métallique

bec brûleur

pile 4,5 V

balance de précision

aimant

Peser chaque échantillon sur la balance de précision

Tester les propriétés magnétiques de chaque élément avec l'aimant

Tester les propriétés électriques (conduction de l’électricité)

Noter toutes les autres caractéristiques possibles de chaque élément (couleur, toucher,...)

Tenir chaque élément dans la flamme du bec brûleur avec la pince. Ressortir la substance dès que la réaction commence et observer en dehors de la flamme.

Noter les caractéristiques des substances après la réaction (méthode, points 1 à 4)

Comparer la place de chacun des éléments relativement à celle de l'oxygène dans le tableau périodique.

Expérience

Les éléments ont des oxydes de plus en plus acides

Les éléments ont des oxydes de plus en plus basiques

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Méthode

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Matériel

La vive lumière dégagée par l’oxydation du magnésium a été utilisée autrefois comme flash en photographie.

Remarques

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1.

Prendre 3 éléments solides du tableau périodique: le magnésium (Mg), le fer (Fe) et le carbone (C). Les faire réagir avec le gaz dioxygène: ils brûlent en dégageant de l’énergie. Ce sont des réactions exothermiques.

L’oxydation du carbone est très lente. L’orsqu’on éteint le bec Bunsen, la réaction s’arrête très rapidement. La couleur de la matière nous renseigne sur sa température. Le carbone réagit avec le dioxygène présent dans l’air selon l’équation:

Avant la réaction

Le fer (Fe) est un métal, gris clair, ductile, brillant, magnétique, bon conducteur électrique (la réaction est même initiée par le passage du courant).

Pendant la réaction

Le fer devient incandescant. La lumière émise va du orange-jaune jusqu’au blanc. Le fer réagit avec le dioxygène présent dans l’air selon l’équation:

Après la réaction

L’énergie d’activation (flamme ou courant électrique) ne suffit pas à provoquer une réaction complète. La réaction s’arrête d’elle-même après un certain temps hors de la flamme. Le produit de la réaction est un oxyde de fer: solide, gris bleuté, friable, de formule Fe3O4 (comme le minéral magnétite).

Avant la réaction

Le magnésium (Mg) est un métal, gris clair, ductile, brillant, non-magnétique, bon conducteur électrique.

Pendant la réaction

Le Magnésium devient incandescant. La lumière émise devient très vite blanche et aveuglante (attention les yeux). L’oxydation du magnésium est complète. L’énergie dégagée par la réaction entretient celle-ci même lorsqu’on éteint le bec Bunsen. Le magnésium réagit avec le dioxygène présent dans l’air selon l’équation:

Après la réaction

Le produit de la réaction est l’oxyde de magnésium: solide, blanc, très friable, tombe en poudre. Sa formule est MgO. La poudre blanche de MgO réagit dans l’eau pour former l’hydroxyde de magnésium qui a des propriétés basiques.

Avant la réaction

Le carbone (C) est un non-métal, gris-foncé à noir, cassant, non-magnétique, conducteur électrique assez moyen.

pour voir en plein écran

Pendant la réaction

Après la réaction

Le produit de la réaction est le dioxyde de carbone: gaz, invisible, odeur piquante, goût acide. Sa formule est CO2. Le gaz CO2 réagit avec l’eau pour former l’acide carbonique H2CO3 qui a des propriétés acides.

Une grosse masse de fer (paire de ciseaux, clou, clé) ne brûle pas facilement. Mais si l’on prend du fer en filament ou en poudre cela devient possible.

La paille de fer est en réalité de l’acier: un alliage de fer (environ 99%) et de carbone (environ 1%).

Le passage d’un courant électrique dans un conducteur produit un échauffement : c’est l’effet Joule. Nous avons vu que dans le cas d’un court-circuit, si le conducteur est très fin, l’échauffement est tel que le fil peut fondre: c’est le principe du fusible. la réaction de combustion peut même démarrer et peut provoquer un incendie.

Le fer peut s’oxyder de différentes manières: il existe d’autres oxydes de fer que le Fe3O4. Un oxyde mieux connu et plus stable est le Fe2O3 qu’on appelle la rouille.

La corrosion du fer qui transforme le fer en rouille est un gros problème technique et économique. On peut essayer de protéger le fer:

-en l’isolant de l’air au moyen d’une gaine de plastique.
-en le recouvrant d’une couche de peinture.
-en l’enduisant de graisse ou d’huile.
-en l’associant avec un autre métal plus facilement oxydable (le magnésium par exemple).

Lorsque la peinture a disparu, le métal est en contact avec le dioxygène et s’oxyde.

Oxydation de l’hydrogène

En première approximation, les oxydes de métaux ont des propriétés basiques tandis que les oxydes de non-métaux ont des propriétés acides. On voit que c’est surtout vrai pour les métaux des deux premières colonnes. D’autres métaux comme le chrome (Cr) ou le manganèse (Mn)

Métaux

Non-métaux