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Vidéo de la leçon : Rouille Chimie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à expliquer les conditions nécessaires à la formation de la rouille, et à écrire des équations équilibrées pour les réactions clés impliquées.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons examiner la formation de la rouille. Nous allons découvrir la chimie de la rouille et les conditions nécessaires à la formation de la rouille.

La formation de rouille est un type de corrosion. La corrosion est un processus naturel qui affecte les métaux. La rouille est le produit spécifique de la corrosion du fer et certains alliages contenant du fer. La rouille se forme lorsque le fer est exposé à l’oxygène et à l’eau. Cela produit un certain nombre de composés de fer, mais le composé principal de la substance que nous appelons la rouille est l’oxyde de fer (III) hydraté. Lorsque le fer rouille, une substance brun-rougeâtre se forme à la surface du métal, c’est l’oxyde de fer (III) hydraté. Cela ne change pas seulement la couleur du métal, mais aussi ses propriétés.

Le fer est un métal solide et durable, mais la rouille est fragile et cassante. La rouille est tellement fragile qu’elle a tendance à s’écailler, se détacher de la surface du métal. Lorsque la rouille s’écaille, le métal qui se trouve en dessous est alors exposé à l’oxygène et l’eau, il rouille à son tour, la rouille formée s’écaille, ce qui expose le métal en dessous, et ainsi de suite. Cela peut entraîner une dégradation du métal au fil du temps. Le fer est aussi plus dense que la rouille. Cela signifie que la rouille a un volume plus grand qu’une même masse de fer, donc le fer se dilate lorsqu’il rouille. Une pièce en fer qui se dilate lorsqu’elle rouille peut endommager les parties environnantes.

Une autre différence entre le fer et la rouille est que le fer est un conducteur, alors que la rouille est un isolant. Donc, une pièce en fer ne pourra pas conduire l’électricité si elle est rouillée. La rouille peut également provoquer le blocage des pièces, un problème que vous avez peut-être rencontré si vous avez déjà essayé de dévisser un boulon rouillé.

Si on compare la rouille à d’autres formes de corrosion, la rouille cause beaucoup de problèmes. La corrosion de l’aluminium, par exemple, forme de l’oxyde d’aluminium. Comme nous l’avons vu, l’oxyde de fer (III) hydraté s’écaille de la surface du métal, exposant le fer de dessous à l’oxygène et à l’eau, qui rouille à son tour. En revanche, l’oxyde d’aluminium ne s’écaille pas de la surface du métal. Il forme une couche de protection sur l’aluminium, empêchant ainsi toute corrosion supplémentaire. L’aluminium et l’oxyde d’aluminium ont également des densités plus similaires que le fer et la rouille, ce qui signifie que lorsque l’aluminium se corrode, les pièces environnantes ne seront pas endommagées.

Voyons maintenant la chimie de la rouille. La formation de la rouille implique de nombreuses réactions, mais nous allons simplement voir les réactions principales de la formation de l’oxyde de fer (III) hydraté.

La formation de rouille commence lorsque le fer métallique se dissout dans l’eau, ce qui forme un ion de fer deux plus et deux électrons. Puisque le fer perd des électrons, c’est une l’oxydation. Mais quand quelque chose est oxydé, quelque chose d’autre doit être réduit. Et ce « quelque chose » est de l’oxygène gazeux dissous dans l’eau. L’oxygène gazeux réagit avec les ions hydrogène qui sont aussi dissous dans l’eau, ainsi qu'avec les électrons provenant du fer. Cela forme de l’eau.

Ensuite, certains des ions fer deux plus sont convertis en ions fer trois plus. Ces ions fer trois plus réagissent avec l’eau pour former de l’hydroxyde de fer et des ions hydrogène. L’hydroxyde de fer sera lentement converti en oxyde de fer (III) hydraté. Il y a ici un « n » au lieu d’un nombre exact de molécules d’eau, car plusieurs types d’oxyde de fer (III) hydraté peuvent se former. L’équation chimique globale qui décrit la formation de la rouille est la réaction 4Fe plus 3O2 plus 2nH2O réagissent pour former 2Fe2O3 nH2O. Mais vous verrez souvent cette équation sans les molécules d’eau pour plus de simplicité.

Plusieurs facteurs influencent la vitesse à laquelle le fer rouille. Les facteurs les plus évidents sont l’exposition du fer à l’oxygène et à l’eau. Si on minimise la quantité d’oxygène et d’eau à laquelle le fer est exposé, on ralentit la vitesse à laquelle la rouille se forme. On peut protéger le fer de l’oxygène et de l’eau en lui apportant un certain revêtement, par exemple avec une peinture, une huile, ou par galvanisation.

La formation de rouille s’accélère si le fer est exposé à des sels. C’est pourquoi les voitures ont tendance à rouiller si rapidement dans les zones où on met du sel sur les routes en hiver, et c’est aussi pourquoi les bateaux en eau salée rouillent plus rapidement que les bateaux en eau douce. C’est dû au fait que la corrosion du fer implique un transfert d’électrons entre le fer et l’oxygène. Les électrons peuvent se déplacer plus facilement lorsqu’ils se trouvent dans des solutions salines, qui sont électrolytiques.

La corrosion du fer s’accélère également si le fer est exposé à un pH faible. Il y a plusieurs raisons qui expliquent cela. La première est qu’un environnement au pH faible peut dégrader les revêtements qui protègent le fer de l’oxygène et de l’eau. Rappelons qu’un faible pH signifie qu’il y a une forte concentration en ions hydrogène. Une forte concentration en ions hydrogène signifie qu’on a une solution électrolytique, qui permettra aux électrons de se déplacer plus facilement, tout comme nous l’avons vu avec les sels.

Les ions hydrogène sont également directement impliqués dans la réaction redox entre le fer et l’oxygène. Une forte concentration en ions hydrogène signifie que les atomes de fer seront plus facilement oxydés en ions de fer deux plus, qui finiront par former de la rouille. Voilà, nous avons couvert tout ce que nous devions savoir sur la rouille. Alors maintenant que nous sommes des experts en matière de rouille, essayons quelques problèmes.

Laquelle des équations en mots suivantes décrit correctement le processus de rouille ? (A) Le fer, l’oxygène et l’eau réagissent pour former un oxyde de fer (II) hydraté. (B) Le fer et l’oxygène réagissent pour former l’oxyde de fer (III). (C) Le fer, l’eau et l’air réagissent pour former un l’oxyde de fer (II) hydraté. (D) Le fer, l’oxygène et l’eau réagissent pour former un oxyde de fer (III) hydraté. (E) Le fer et les ions hydroxyde réagissent pour former un oxyde de fer (III) hydraté et de l’eau.

La formation de rouille est un type de corrosion qui affecte le fer et certains alliages contenant du fer. Cette corrosion se produit lorsque le fer est exposé à l’oxygène et à l’eau, ce qui forme une substance brun rougeâtre à la surface du métal. Cette substance est l’oxyde de fer (III) hydraté, dont la formule chimique est Fe2O3 nH2O. Il y a ici un « n » au lieu d’un nombre spécifique de molécules d’eau se trouvant dans le composé. En effet, il existe une grande variété d’oxydes de fer (III) hydratés qui peuvent se former.

Donc, pour décrire la formation de rouille, on dit que le fer, l’oxygène et l’eau réagissent pour former un oxyde de fer (III) hydraté, ce qui correspond à la réponse (D). Bien que la question ne nous le demande pas, l’équation chimique correspondante est 4Fe plus 3O2 plus 2nH2O réagissent pour former 2Fe2O3 nH2O.

Mettez les tubes suivants dans l’ordre croissant de la vitesse à laquelle le clou va rouiller.

Chaque tube contient un clou dans des conditions différentes. La formation de rouille est un type de corrosion qui affecte le fer. Cette corrosion se produit lorsque le fer est exposé à l’oxygène et à l’eau, ce qui forme de l’oxyde de fer (III) hydraté. Cela signifie que toute mesure qu’on prend pour protéger le fer de l’oxygène ou de l’eau ralentira sa corrosion. La corrosion est également accélérée lorsque le fer est exposé à des sels ou à un faible pH.

C’est uniquement dans le tube (E) que le clou est exposé à de l’eau salée. Comme la rouille se forme plus vite lorsque le fer est exposé à des sels, la corrosion sera plus rapide dans le tube (E). Dans les tubes (A), (B) et (D), des mesures ont été prises pour protéger le clou de l’oxygène ou de l’eau. Mais dans le tube (C), le clou est exposé à l’eau du robinet et à l’oxygène de l’air, donc le clou dans le tube (C) rouillera plus vite que dans les tubes (A), (B) et (D).

Si on regarde le tube (D), on voit que le clou est protégé de l’humidité par un bouchon et par l’ajout de chlorure de calcium anhydre. Le chlorure de calcium anhydre est un déshydratant, ce qui signifie qu’il peut absorber toute trace d’eau qui entrerait dans le tube. Cela protégera le clou de l’humidité pendant une longue période, ce qui signifie que la rouille se formera moins vite dans ce tube.

Maintenant, il reste à déterminer si la rouille se formera plus rapidement dans le tube (A) ou dans le tube (B). Dans le tube (A), il n’y a pas d’eau, mais le clou est exposé à l’air. L’air contient une certaine quantité de vapeur d’eau, ce qui signifie que l’eau finira par atteindre le clou.

Dans le tube (B), des mesures ont été prises pour protéger le tube de l’oxygène de l’air. Le tube est bouché et il y a une couche d’huile. Cependant, ce tube est rempli d’eau du robinet. Il y a toujours un peu d’oxygène gazeux dissous dans l’eau du robinet. Cela signifie qu’il y a déjà de l’oxygène et de l’eau dans le tube. La corrosion se produira donc plus lentement dans le tube (A) que dans le tube (B), car il faudra un certain temps pour que suffisamment de vapeur d’eau de l’air pénètre dans le tube.

Donc, l’ordre croissant de la vitesse de corrosion du clou est (D), puis (A), puis (B), puis (C), puis (E).

Maintenant que nous avons eu l’occasion de voir quelques problèmes, résumons ce que nous avons appris sur la rouille. La formation de rouille est un type de corrosion qui affecte le fer et certains alliages contenant du fer. La rouille se forme lorsque le fer est exposé à l’oxygène et à l’eau, ce qui produit de l’oxyde de fer (III) hydraté. L’équation chimique qui décrit la corrosion du fer est la suivante : 4Fe plus 3O2 plus 2nH2O réagissent pour former 2Fe2O3 nH2O, que vous verrez souvent représentée sans les molécules d’eau. La corrosion du fer s’accélère si le fer est exposé à des sels ou à un faible pH.

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