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Fiche explicative de la leçon : Oxydation et réduction Sciences

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à identifier et à analyser les réactions d’oxydation et de réduction.

L’oxydation et la réduction sont deux processus chimiques qui peuvent être considérés comme opposés. Les deux peuvent être expliqués de différentes manières.

L’un des exemples les plus simples est la combustion du carbone. Lorsque le charbon de bois, une forme de carbone, est brûlé, le carbone est oxydé pour produire du dioxyde de carbone. L’équation suivante montre l’oxydation du carbone:charbondeboisoxygènedioxydedecarboneC()+O()CO()+sgg22

En se basant sur ceci, nous pouvons décrire l’oxydation comme étant simplement l’addition d’oxygène.

La réaction opposée serait la perte ou l’élimination de l’oxygène. Nous pouvons décrire ce processus comme une réduction.

Lorsqu’un flux d’hydrogène gazeux passe sur un échantillon chauffé d’oxyde de cuivre, l’hydrogène gazeux arrache l’oxygène de l’oxyde de cuivre et produit du cuivre métallique.

L’équation chimique de cette réaction est oxydedecuivrehydrogènecuivre+eauCuO()+H()Cu()+HO()+sgsl22

Comme l’oxyde de cuivre a perdu de l’oxygène, nous pouvons décrire cette réaction comme une réduction.

L’hydrogène quant à lui a gagné de l’oxygène, et nous pouvons donc décrire cette réaction comme une oxydation.

Dans cette réaction, l’oxyde de cuivre a été réduit et l'hydrogène gazeux a été oxydé.

Nous pouvons également décrire chaque substance de la réaction ci-dessus en utilisant les termes « agent oxydant » et « agent réducteur ».

Pour la réaction entre l’oxyde de cuivre et l’hydrogène, l’oxyde de cuivre est considéré comme un agent oxydant car il oxyde l’hydrogène gazeux.

L’hydrogène est également considéré comme un agent réducteur car il réduit l’oxyde de cuivre en cuivre métallique.

D’après le diagramme ci-dessus, nous pouvons voir qu’un agent oxydant est réduit et qu’un agent réducteur est oxydé.

Nous pouvons également expliquer l'oxydation et la réduction en parlant de gain ou de perte d'hydrogène.

Sur le diagramme réactionnel suivant, nous pouvons voir que l’ammoniac gazeux perd de l’hydrogène et s’oxyde, tandis que le brome gagne de l’hydrogène et est réduit.

On peut encore définir l’oxydation comme la perte d’hydrogène et la réduction comme le gain d’hydrogène.

Clarifions notre explication avec quelques définitions.

Définition : oxydation

L’oxydation est un processus chimique qui augmente le pourcentage d’oxygène ou diminue le pourcentage d’hydrogène dans une substance.

Définition : réduction

La réduction est un processus chimique qui diminue le pourcentage d’oxygène ou augmente le pourcentage d’hydrogène dans une substance.

Exemple 1: Nommer le processus chimique qui décrit l’augmentation du pourcentage d’oxygène dans un composé

Quel est le nom du processus chimique par lequel le pourcentage d’oxygène dans une substance donnée augmente?

  1. La réduction.
  2. La neutralisation.
  3. La combustion.
  4. La substitution.
  5. L’oxydation.

Réponse

Dans cette question, nous devons nommer le processus au cours duquel le pourcentage d’oxygène dans la composition d’une substance augmente.

Dans une réaction de réduction, le pourcentage d’oxygène diminue.

La neutralisation décrit une réaction entre des acides et des bases.

Les réactions de combustion consistent à brûler une substance en présence d’oxygène. Bien que cela puisse augmenter le pourcentage d’oxygène, ce n’est pas toujours le cas.

Dans une réaction de substitution, par exemple, un métal plus actif remplace un métal moins actif dans un composé.

Dans une réaction d’oxydation, le pourcentage d’oxygène dans la composition d’une substance augmente, ce qui correspond à la description de la question. Par conséquent, la bonne réponse est E, oxydation.

Comme nous l’avons vu, les réactions d’oxydation et de réduction se produisent de pair. Dans les réactions, nous pouvons identifier les agents oxydants et les agents réducteurs.

Définition : agent oxydant

Un agent oxydant apporte de l’oxygène ou enlève de l’hydrogène à une substance pendant une réaction chimique.

Définition : agent réducteur

Un agent réducteur apporte de l’hydrogène ou enlève de l’oxygène d’une substance pendant une réaction chimique.

Jusqu’à présent, nous avons considéré l’oxydation en termes d’addition d’oxygène ou de perte d’hydrogène. Cependant, il est également possible de définir l’oxydation et la réduction en termes de gain ou de la perte d’électrons.

Décrire l’oxydation et la réduction en termes de gain ou de la perte d’électrons nous permet de décrire des réactions qui ne mettent pas en jeu d’oxygène ou d’hydrogène.

Considérons une simple réaction combinée où le sodium métallique réagit avec le chlore:sodium+chlorechloruredesodium2Na()+Cl()2NaCl()sgs2

Le sodium métallique a une configuration électronique de 2, 8, 1, tandis que le chlore gazeux a une configuration électronique de 2, 8, 7.

Au cours de la réaction chimique, des ions sodium et chlorure se forment.

L’atome de sodium donne un électron à l’atome de chlore pour former un ion sodium de charge positive 1+ avec une configuration électronique de 2, 8.

L’atome de chlore reçoit l’électron et devient un ion chlorure avec une configuration électronique de 2, 8, 8.

L’atome de sodium a perdu un électron, et l’atome de chlore a gagné un électron. Nous pouvons définir l’oxydation et la réduction en des termes similaires.

L’oxydation est une perte d’électrons.

Dans la réaction chimique ci-dessus, les atomes de sodium ont perdu des électrons et ont été oxydés;les atomes de chlore agissent en tant qu’agent oxydant.

Inversement, les atomes de chlore ont gagné des électrons et ont été réduits;les atomes de sodium agissent en tant qu’agent réducteur.

Définition : oxydation

L’oxydation est une réaction qui implique la perte d’électrons d’une substance.

Définition : réduction

La réduction est une réaction qui implique le gain d’électrons par une substance.

Exemple 2: Identifier les espèces oxydées dans la réaction entre le sodium métallique et le chlore gazeux

Considérez la réaction entre le sodium et le chlore:Cl()+2Na()2NaCl()2gss

Quelles espèces chimiques sont oxydées lors de la réaction?

  1. Les atomes de sodium.
  2. Les ions sodium.
  3. Les atomes de chlore.
  4. Les ions chlorure.

Réponse

L’oxydation et la réduction peuvent être définies en termes de gain ou de la perte d’électrons.

L’oxydation implique la perte d’électrons, et nous devons donc déterminer quelle espèce chimique perd des électrons pendant la réaction chimique.

Lorsque le sodium réagit en tant que métal, il a tendance à former des ions positifs à la suite d’une perte d’électrons de sa couche de valence. Inversement, les atomes de chlore gagnent des électrons et forment des ions chlorure retrouvés dans le produit final, NaCl.

Comme les atomes de sodium ont perdu des électrons pour former des ions sodium, ils ont donc été oxydés. La bonne réponse est donc la A.

Dans un autre exemple, nous pouvons voir le déplacement de sulfate de cuivre au cuivre par le magnésium métallique plus actif:magnésium+sulfatedecuivresulfatedemagnésium+cuivreMg()+CuSO()MgSO()+Cu()saqaqs44

Pour mieux comprendre le mouvement des électrons, nous pouvons utiliser les demi-équations pour nous concentrer sur les parties importantes de la réaction chimique.

Dans l’exemple qui implique le sulfate de magnésium et du cuivre, les atomes de magnésium ont perdu des électrons et ont été oxydés. Nous pouvons l’indiquer en utilisant la demi-équation suivante:Mg()Mg()+2esaq2+

Cette demi-équation montre explicitement le nombre d’électrons impliqués. Comme le magnésium peut former des ions 2+, il perd ensuite deux électrons.

Maintenant, considérons uniquement les ions cuivre, qui font partie du composé ionique de sulfate de cuivre. Nous pouvons voir qu’ils existent initialement sous forme d’ions avec une charge 2+.

Au cours de la réaction chimique, les ions de cuivre gagnent deux électrons et sont ainsi réduits. Nous pouvons représenter ceci par la demi-équation suivante:Cu()+2eCu()2+aqs

Remarquez que le nombre d’électrons dans ces deux demi-équations est le même.

Nous pouvons réarranger ces deux demi-équations pour obtenir l’équation ionique globale de cette réaction chimique:Mg()+Cu()Cu()+Mg()saqsaq2+2+

Enfin, comme nous pouvons considérer l’oxydation et la réduction en termes d’électrons, nous pouvons pareillement définir les agents oxydants et les agents réducteurs en termes d’électrons.

Définition : agent oxydant

Un agent oxydant est une substance qui peut gagner des électrons provenant d’une autre substance au cours d’une réaction chimique.

Définition : agent réducteur

Un agent réducteur est une substance qui peut perdre des électrons en faveur d’une autre substance au cours d’une réaction chimique.

Exemple 3: Décrire un agent oxydant de plusieurs manières

Laquelle des descriptions suivantes peut être utilisée pour un agent oxydant?

  1. 1, 2 et 5
  2. 1, 3 et 4
  3. 2 et 5
  4. 2, 3 et 4
  5. 1 et 5

Réponse

Il est possible de définir l’oxydation et la réduction de multiples façons. Par exemple, nous pouvons les définir en termes de gain ou de perte d’oxygène, d’hydrogène ou d’électrons.

Pareillement, les agents oxydants et réducteurs peuvent être définis de la même manière.

Un agent oxydant oxyde un autre produit chimique qui, au cours du processus, perd lui-même des électrons. Ces électrons sont gagnés par l’agent oxydant, et donc l’option 2 fait partie de notre bonne réponse.

L’oxydation peut aussi correspondre à une augmentation du pourcentage d’oxygène dans la composition d’une substance, ce qui nécessite un agent oxydant pour donner de l’oxygène. Par conséquent, nous pouvons considérer l’option 3, le don d’oxygène, comme également correct.

La dernière façon de définir l’oxydation est la perte d’hydrogène. Pour un agent oxydant, cela signifierait enlever de l’hydrogène d’une autre espèce chimique. Par conséquent, l’option 4 est également correcte.

Nous avons maintenant établi que les options 2, 3 et 4 peuvent décrire un agent oxydant. Par conséquent, la bonne réponse est la D.

L’oxydation et la réduction sont des processus simultanés (c’est-à-dire qu’ils se produisent tous les deux en même temps). L’oxydation d’une substance ne peut pas se produire sans la réduction d’une autre.

Exemple 4: Décrire la relation entre les réactions d’oxydation et de réduction

Laquelle des affirmations suivantes concernant l’oxydation et la réduction est correcte?

  1. L’oxydation peut se produire indépendamment de la réduction.
  2. La réduction a lieu avant l’oxydation.
  3. L’oxydation a lieu avant la réduction.
  4. L’oxydation et la réduction se produisent simultanément.

Réponse

Dans cette question, on nous demande de déterminer l’affirmation correcte au sujet des réactions d’oxydation et de réduction.

On peut décrire les réactions d’oxydation et de réduction en termes de transfert d’électrons, d’atomes d’oxygène ou d’atomes d’hydrogène entre les réactifs.

Lorsqu’un produit chimique gagne un atome d’oxygène, un autre produit chimique doit avoir perdu ce même atome d’oxygène.

De même, si une substance perd des atomes d’hydrogène, alors ces atomes d’hydrogène doivent avoir été acquis ailleurs.

Enfin, si une substance gagne ou perd des électrons, alors ces électrons doivent provenir de ou être acceptés par un autre produit chimique.

Les trois affirmations ci-dessus montrent que l’oxydation et la réduction dépendent l’une de l’autre. Pour que l’une d’elles se produise, l’autre doit également se produire.

Pour qu’une oxydation se produise, une réduction doit aussi avoir lieu dans la même réaction. En d’autres termes, elles se produisent simultanément. Par conséquent, la bonne réponse est la D.

Considérons une dernière réaction.

Le chlorure de fer (III) réagit avec l’hydrogène gazeux pour former du chlorure de fer (II) et de l’acide chlorhydrique:2FeCl()+H()2FeCl()+2HCl()322aqgaqaq

Concentrons-nous sur ce qui arrive au fer lors de cette réaction.

Dans le réactif, FeCl3, le fer existe sous forme d’ions 3+, alors que dans le produit, FeCl2, le fer existe sous forme d’ion 2+. L’ion ferrique 3+ a gagné un électron pour devenir un ion ferreux 2+, et a donc été réduit.

Cet électron est obtenu à partir d’un atome d’hydrogène, faisant de l’hydrogène un agent réducteur. En tant qu’agent réducteur, l’hydrogène perd un électron et est oxydé en ion hydrogène. Cet ion hydrogène fait alors partie du produit, l’acide chlorhydrique.

Les ions chlorure restent inchangés au cours de la réaction et ne sont ni oxydés ni réduits.

Nous pouvons écrire les demi-équations pour les processus d’oxydation et de réduction de cette réaction.

Pour la réduction de Fe3+, on peut écrire:Fe()+eFe()3+2+aqaq

Pour l’oxydation, on peut écrire:H()2e+2H()2+gaq

Nous pouvons représenter cette réaction par une équation ionique, sans les ions chlorure:2Fe()+H()2Fe()+2H()3+22++aqgaqaq

Points clés

  • L’oxydation peut être considérée comme un gain d’oxygène, une perte d’hydrogène ou une perte d’électrons.
  • La réduction peut être considérée comme une perte d’oxygène, un gain d’hydrogène ou un gain d’électrons.
  • Les agents oxydants sont des substances qui peuvent oxyder une autre substance tout en étant eux-mêmes réduites.
  • Les agents réducteurs sont des substances qui peuvent réduire une autre substance tout en étant eux-mêmes oxydées.
  • Les électrons perdus par la substance étant oxydée sont gagnés par l’agent oxydant.
  • Les électrons gagnés par la substance étant réduite sont perdus par l’agent réducteur.
  • L’oxydation et la réduction sont des processus simultanés.

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