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Fiche explicative de la leçon : Réactions d'oxydoréduction Chimie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à identifier les réactions d’oxydo-réduction, ou réactions redox, et à écrire des équations ioniques pour décrire le transfert d’électrons entre les oxydants et les réducteurs.

Une réaction d’oxydo-réduction, ou réaction redox, est la combinaison d’une réduction et d’une oxydation.

Définition : Réaction d’oxydo-réduction

Une réaction d’oxydo-réduction, ou réaction redox, est une réaction chimique au cours de laquelle se produit un transfert d’électrons entre des espèces chimiques.

Une réduction implique le gain d’électrons;une oxydation implique la perte d’électrons. Dans une réaction d’oxydo-réduction, les électrons sont transférés d’une espèce à l’autre. Une espèce est oxydée et perd des électrons qui sont acceptés par l’autre espèce, qui est réduite.

Définition : Réduction

Une réduction est une réaction chimique où une espèce chimique gagne des électrons.

Définition : Oxydation

Une oxydation est une réaction chimique où une espèce chimique perd des électrons.

Le mot « oxydation » vient du mot « oxygène », mais toutes les réactions d’oxydation ne requièrent pas de l’oxygène. Antoine Lavoisier a été le premier à découvrir des réactions consommant de l’oxygène, qu’il a appelées « oxydations ». Plus tard, les chimistes ont réalisé que la consommation d’oxygène pour former un oxyde supposait une perte d’électrons, et le terme « oxydation » a été élargi pour inclure toute réaction entrainant une perte d’électrons.

Un exemple de réaction d’oxydation qui implique de l’oxygène est la formation d’oxyde de calcium, également connu sous le nom de chaux vive, lorsque le calcium métallique est exposé à de l’oxygène:2Ca()+O()2CaO()sgs2

Le produit, l’oxyde de calcium, est un composé ionique composé d’un ion Ca2+ et d’un ion O2.

Au cours de cette réaction, le calcium solide neutre devient un ion de charge 2+, ce qui signifie qu’il a perdu deux électrons pour rendre sa charge plus positive. En revanche, chaque atome d’oxygène dans l’oxygène gazeux se transforme en ion de charge 2, ce qui signifie que chaque atome d’oxygène a gagné deux électrons pour rendre sa charge plus négative. Puisque le calcium perd des électrons, il est oxydé;et comme l’oxygène gagne des électrons, il est réduit.

Du point de vue du gain ou de la perte d’oxygène, on peut voir que l’atome de calcium gagne un atome d’oxygène pour former de l’oxyde de calcium, et qu’il est donc oxydé. Au début, les atomes d’oxygène sont liés entre eux par paires, mais chaque atome d’oxygène perd l’autre oxygène afin de s’unir à un atome de calcium;ils sont donc réduits.

Lorsque l’oxygène prend part à une réaction redox, c’est souvent lui qui est réduit, tandis que l’atome qui gagne un oxygène est oxydé. Cependant, comme l’oxygène ne participe pas à toutes les réactions redox, on ne peut pas compter uniquement sur cette définition.

Exemple 1: Déterminer si un composé est oxydé ou réduit au cours d’une réaction

On chauffe un morceau d’oxyde de magnésium avec de l’hydrogène jusqu’à l’obtention de magnésium élémentaire. L’oxyde de magnésium est-il oxydé ou réduit?

Réponse

Dans cette question, on nous demande de déterminer si l’oxyde de magnésium est oxydé ou réduit lorsqu’on le chauffe en présence d’hydrogène. Autrement dit, l’ion magnésium contenu dans l’oxyde de magnésium perd-il ou gagne-t-il des électrons pour former du magnésium élémentaire?

On peut écrire une équation chimique pour la réaction de l’oxyde de magnésium avec l’hydrogène:MgO+HMg+HO22

L’oxyde de magnésium est un composé ionique constitué d’un ion Mg2+ et d’un ion O2. Le produit, le magnésium élémentaire solide, est un atome neutre.

On peut voir que la charge de l’atome d’oxygène, aussi bien dans MgO que dans HO2, est de 2.

La charge de l’atome de magnésium passe de 2+ dans MgO à 0 dans Mg. Pour passer d’une charge de 2+ à 0, le magnésium doit avoir gagné deux électrons en cours de route.

Un gain d’électrons correspond à une réduction, donc le magnésium a été réduit.

Nous aurions pu également utiliser la définition de la réduction comme correspondant à la perte d’oxygène, pour déterminer que le magnésium est réduit.

Pour en savoir plus sur la réduction et l’oxydation en l’absence d’oxygène, considérons la réaction entre le chlorure de zinc et le magnésium:ZnCl()+Mg()MgCl()+Zn()22aqsaqs

Dans cette réaction, une languette de magnésium métallique est plongée dans une solution de chlorure de zinc. La formation d’une couche de couleur foncée sur la languette de magnésium, en plus de la formation de bulles, suggère qu’une réaction s’est produite. Voyons maintenant l’équation ionique pour cette réaction:Zn()+2Cl()+Mg()Mg()+2Cl()+Zn()2+2+aqaqsaqaqs

En solution aqueuse, le zinc existe sous la forme d’ion 2+. Cependant, le produit de la réaction est du zinc solide, avec une charge de 0. Pour passer d’un ion de charge 2+ à un atome neutre, le zinc doit gagner deux électrons lors de la réaction. Puisqu’il gagne des électrons, le zinc est réduit.

Pour le magnésium, c’est l’inverse. En tant que réactif, le magnésium se trouve sous forme solide et élémentaire avec une charge de 0. Cependant, le produit de la réaction est une solution aqueuse contenant des ions magnésium ayant une charge de 2+. Pour passer d’une charge de 0 à une charge de 2+, le magnésium doit perdre deux électrons. Puisqu’il perd des électrons, le magnésium est oxydé.

Les ions chlorure restent inchangés du début à la fin de la réaction. Les ions qui ne changent pas au cours d’une réaction sont appelés « ions spectateurs ». Comme leur charge ne change pas, ils ne sont ni oxydés ni réduits. L’équation ionique complète donnée un peu plus haut inclut les ions spectateurs, mais on peut aussi écrire l’équation ionique nette de cette réaction, qui omet les ions spectateurs:Zn()+Mg()Mg()+Zn()2+2+aqsaqs

Pour nous aider à faire la distinction entre l’oxydation et la réduction, nous pouvons utilser différentes techniques. Nous pouvons mémoriser la phrase suivante:

L’Oxydation c’est quand une espèce Offre des électrons;la Réduction c’est quand une espèce Reçoit des électrons.

Quand un atome ou un ion gagne, ou « Reçoit » des électrons, sa charge devient plus négative. Si un atome neutre se transforme en ion négatif, il gagne des électrons et il est réduit. De plus, si la charge d’un ion positif diminue, en passant par exemple de 2+ à 1+ ou de 1+ à 0, il gagne des électrons et il est réduit.

Quand un atome ou un ion perd, ou « Offre » des électrons, sa charge devient plus positive. Si un atome neutre se transforme en ion positif, il perd des électrons et il est oxydé. Si la charge d’un ion négatif augmente, en passant par exemple de 2 à 1 ou 0, il perd des électrons et est oxydé.

Exemple 2: Identifier la réaction de réduction dans une équation chimique

Considérez l’équation

  1. Quelle flèche représente la réduction?
  2. Quelle flèche implique la perte d’électrons?
  3. Quelle flèche implique le gain d’électrons?

Réponse

Partie 1

La réduction est un processus qui implique qu’une substance gagne des électrons. Lorsqu’une substance gagne des électrons, sa charge diminue ou devient plus négative.

Pour répondre à cette question, nous devons déterminer les charges des réactifs et des produits. Il peut être utile de mettre ces informations dans un tableau pour le visualiser. Pour rappel, la charge d’un atome ou d’une molécule neutre est nulle.

FlècheEspèceCharge du réactifCharge du produitVariation de la charge
AChlore011
BBrome10+1

D’après l’équation chimique et les données du tableau ci-dessus, on peut voir que pour la flèche B, la charge sur le brome passe de 1 à 0 au cours de la réaction. Cette variation est une augmentation de la charge résultant de la perte d’électrons. Une perte d’électrons signifie que le brome a été oxydé.

En revanche, pour la flèche A, on peut voir dans le tableau que le chlore passe d’une molécule neutre à un ion négatif. Sa charge passe de 0 à 1. Cette variation est une diminution de la charge due au gain d’électrons. Ce gain d’électrons signifie que le chlore a été réduit.

La flèche qui représente la réduction, où il y a gain d’électron et diminution de la charge, est donc la flèche A.

Partie 2

Si un atome ou un élément perd des électrons chargés négativement, il est oxydé et sa charge devient plus positive, elle augmente.

La flèche A montre la diminution de la charge du chlore, qui passe de 0 à 1. Cela correspond à un gain d’électrons, donc la flèche A n’est pas la bonne réponse.

La flèche B montre l’augmentation de la charge du brome, qui passe de 1 à 0. L’augmentation de la charge résulte de la perte d’électrons, donc la flèche B est la bonne réponse.

Partie 3

Lorsqu’un ion ou un atome gagne des électrons chargés négativement, sa charge diminue.

La flèche B montre l’augmentation de la charge du brome qui passe de 1 à 0. L’augmentation de la charge résulte de la perte d’électrons, et donc la flèche B n’est pas la bonne réponse.

La flèche A montre la diminution de la charge du chlore qui passe de 0 à 1. Cela correspond à un gain d’électrons, et donc la flèche A est la bonne réponse.

Le chlorure de sodium est un composé ionique constitué d’ions sodium et d’ions chlorure. Étant donné que les atomes neutres de sodium perdent des électrons pour former des ions de charge 1+, ils sont oxydés. Inversement, les atomes neutres de chlore gagnent des électrons pour former des ions de charge 1, ils sont donc réduits.

Jusqu’à présent, nous avons défini l’oxydation comme une perte d’électrons. Une autre manière de concevoir ce processus, est de considérer que l’oxydation entraine le don d’un électron à une autre espèce chimique. Dans l’exemple ci-dessus, le sodium donne un électron au chlore pour former une liaison ionique. Donc, le sodium réduit le chlore en lui donnant un électron supplémentaire. Dans ce sens, on peut appeler le sodium l’agent réducteur car il provoque une réduction du chlore. L’agent réducteur est lui-même oxydé, puisqu’il perd les électrons qu’il donne à une autre espèce.

Inversement, le chlore accepte un électron du sodium, ce qui provoque l’oxydation du sodium. On appelle donc le chlore l’agent oxydant. L’agent oxydant est lui-même réduit, puisqu’il gagne les électrons donnés par l’autre espèce.

Définition : Agent réducteur

Un agent réducteur est une espèce chimique qui réduit une autre espèce chimique tout en étant elle-même oxydée.

Définition : Agent oxydant

Un agent oxydant est une espèce chimique qui oxyde une autre espèce chimique tout en étant elle-même réduite.

Si on regarde à nouveau la formation de chaux vive, on peut identifier l’agent oxydant et l’agent réducteur:2Ca()+O()2CaO()sgs2

L’oxyde de calcium est un composé ionique constitué d’ions Ca2+ et d’ions O2. Le calcium est au départ un atome neutre, et se transforme en ion de charge 2+. La charge du calcium augmente, et celui-ci est donc oxydé.

L’oxygène est au départ un atome neutre et se transforme en ion de charge 2. La charge de l’oxygène diminue, et celui-ci est donc réduit.

Lors de la réaction, l’atome de calcium donne son électron à l’atome d’oxygène. Puisque l’atome d’oxygène est réduit, le calcium est l’agent réducteur. L’atome de calcium est alors lui-même oxydé.

L’atome d’oxygène reçoit les électrons de l’atome de calcium, ce qui permet au calcium d’être oxydé. Cela fait de l’oxygène l’agent oxydant qui est alors réduit.

Exemple 3: Identifier les caractéristiques d’une espèce oxydée

Laquelle des espèces chimiques suivantes est un substrat qui est oxydé?

  1. espèce cationique
  2. espèce anionique
  3. espèce neutre
  4. agent réducteur
  5. agent oxydant

Réponse

Dans cette question, on nous demande d’identifier le type d’espèce chimique qui est oxydé. Puisque l’oxydation se réfère à la perte d’électrons, un substrat qui est oxydé est un substrat qui perd des électrons lors d’une réaction.

Étant donné que le substrat oxydé donne des électrons à une autre espèce pour réduire celle-ci, on peut également assimiler l’espèce oxydée à l’agent réducteur. Un agent réducteur est une espèce chimique qui réduit une autre espèce chimique tout en étant elle-même oxydée. Cela correspond à la description donnée dans le choix D, qui est donc la bonne réponse.

La bonne réponse est donc la réponse D:agent réducteur.

Exemple 4: Déterminer si une substance est un agent oxydant ou réducteur dans une équation chimique

Considérez l’équation suivante:Ni()+PbCl()Pb()+NiCl()saqsaq22

Complétez:le nickel peut être décrit comme .

  1. Un agent réducteur, car les ions plomb gagnent des électrons.
  2. Un agent oxydant, car les atomes de nickel gagnent des électrons.
  3. Un agent oxydant, car les ions plomb gagnent des électrons.
  4. Un agent réducteur, car les atomes de nickel gagnent des électrons.

Réponse

Dans cette question, on nous demande de déterminer si le nickel est un oxydant ou un réducteur dans la réaction donnée, et pourquoi.

Dans une réaction redox, un agent réducteur est une espèce chimique qui réduit une autre espèce chimique tout en étant elle-même oxydée. Un agent oxydant est une espèce chimique qui oxyde une autre espèce chimique tout en étant elle-même réduite. La clé pour répondre à cette question est donc de déterminer la variation de la charge du nickel au cours de la réaction.

En tant que réactif, le nickel se trouve sous sa forme élémentaire solide, sans charge. À la fin de la réaction, on trouve le nickel sous la forme d’un composé ionique, le chlorure de nickel, en solution aqueuse. Dans cette solution aqueuse, il y a des ions chlorure de charge 1 et des ions nickel de charge 1+.

On peut voir que la charge du nickel a augmenté, passant de 0 à 1+. Cette augmentation de charge indique que le nickel a perdu des électrons lors de la réaction. Le nickel a donc été oxydé. Et puisqu’il a été oxydé, il semble donc que le nickel soit un agent réducteur dans cette réaction, et la réponse correcte doit donc être soit A, soit D.

Pour choisir entre A et D, on doit regarder si ce sont les ions plomb ou les atomes de nickel qui gagnent des électrons lors de la réaction.

Nous avons déjà déterminé que la charge du nickel devient plus positive, et que par conséquent celui-ci a perdu des électrons. D’autre part, le plomb débute en tant qu’ion de charge 1+ en solution et après réaction, on le retrouve sous la forme d’un solide avec une charge de 0.

La diminution de la charge du plomb indique que celui-ci a été réduit et qu’il a donc gagné des électrons.

La bonne réponse est donc le choix A.

Points clés

  • Une réaction d’oxydo-réduction, ou réaction redox, est une réaction au cours de laquelle se produit un transfert d’électrons d’une molécule, d’un élément ou d’un ion vers une autre espèce chimique.
  • Dans une réaction d’oxydo-réduction, une substance est oxydée alors qu’une autre est réduite.
  • L’oxydation suppose une perte d’électrons. La réduction suppose un gain d’électrons. Nous pouvons mémoriser ces définitions grâce la phrase « l’Oxydation c’est quand une espèce Offre des électrons;la Réduction c’est quand une espèce Reçoit des électrons ».
  • Pour savoir si une molécule, un atome ou un ion a gagné ou perdu des électrons, on peut observer la variation de la charge de cette espèce entre les réactifs et les produits.
  • Une espèce qui réduit une autre espèce est appelée un agent réducteur. Un agent réducteur est lui-même oxydé.
  • Une espèce qui oxyde une autre espèce est appelée un gent oxydant. Un agent oxydant est lui-même réduit.

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