Vidéo de la leçon : Réactions d'oxydoréduction Chimie

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Dans cette vidéo, nous allons apprendre comment identifier les réactions d’oxydoréduction, et écrire des équations ioniques pour décrire le transfert d’électrons entre les réducteurs et les oxydants. Nous n’allons regarder que les réactions d’oxydoréduction des atomes et des ions simples, pas celles des composés covalents ou des ions polyatomiques. Voici un atome d’hydrogène. Un atome d’hydrogène possède un proton et aucun neutron dans son noyau, et un seul électron dans son nuage d’électrons. Pour nous aider dans les nombres d’électrons, nous pouvons utiliser un diagramme des couches électroniques, avec un électron dans la première couche. Un atome d’hydrogène peut gagner un électron pour devenir un ion hydrure. Il a le même nombre de protons, mais un électron supplémentaire.

Un atome d’hydrogène peut aussi perdre un électron pour former un ion hydrogène. On peut simplifier ce diagramme en écrivant plutôt H+. Quand des atomes ou des ions gagnent ou perdent des électrons, leur comportement chimique change, donc il est important de bien suivre le nombre d’électrons. Cela est possible en termes de réduction et d’oxydation. La réduction est un processus de gain d’électrons. Cela peut être un, deux ou tout autre nombre d’électrons. On dit alors qu’un atome d’hydrogène est réduit pour former un ion hydrure parce qu’il a gagné un électron. Le processus inverse est appelé oxydation. L’oxydation est un processus de perte d’électrons. Par exemple, on dit qu’un atome d’hydrogène, en perdant un électron, est oxydé pour former un ion hydrogène.

Il n’est pas forcément évident de savoir quel mot veut dire quoi. Mais on peut s’aider de certains moyens mnémotechniques. On peut par exemple regarder la première lettre des mots oxydation et réduction. Lors d’une oxydation, qui commence par o, l’espèce offre des électrons. Lors d’une réduction, qui commence par r, l’espèce reçoit des électrons. Ces définitions de la réduction et de l’oxydation sont utiles pour les atomes et les ions monoatomiques, où la charge est visible. Avec les ions polyatomiques et les composés covalents, il faudra plutôt utiliser les nombres d’oxydation, mais cela dépasse le cadre de cette vidéo.

Mais il y a quand même quelque chose d’un peu étrange. D’où viennent ces mots ? Il ne paraît pas logique que la réduction corresponde à l’ajout de quelque chose. Eh bien, cela vient du fait que l’oxydation, au départ, se référait à quelque chose de beaucoup plus spécifique. L’oxydation définissait une réaction avec l’oxygène. Quand le magnésium réagit avec l’oxygène, de l’oxyde de magnésium se forme, on a donc du magnésium oxydé. Avec le bon produit chimique, on peut éliminer l’oxygène et former du magnésium pur. Et historiquement, on appelle cela une réduction, qui est l’élimination d’oxygène d’un oxyde ou d’un peroxyde.

Regardons de plus près le magnésium sous sa forme pure, et l’oxyde de magnésium. Les atomes de magnésium pur ont une charge globale nulle ; ils sont neutres. Mais l’oxyde de magnésium est un composé ionique. On a le Mg2+ au lieu d’atomes de magnésium. Donc, en oxydant le magnésium, on enlève des électrons aux atomes de magnésium. Et quand on réduit l’oxyde de magnésium, on rend ces électrons au magnésium. La réaction avec l’oxygène fait donc exactement la même chose que ce que nous avons décrit précédemment : l’oxydation est le processus par lequel les électrons sont éliminés. Et c’est le même raisonnement pour la réduction. Quand on retire l’oxygène de l’oxyde de magnésium, l’effet net sur le magnésium est qu’il gagne des électrons. Et c’est de là que vient le mot réduction, l’élimination de l’oxygène ou la réduction de la quantité d’oxygène.

Cela nous mène d’ailleurs à une astuce bien pratique. Quand on voit une substance réagir avec l’oxygène pour former un certain oxyde, c’est une oxydation, et des électrons sont éliminés. Et si on voit un certain oxyde perdre de l’oxygène, alors c’est une réduction qui se produit, et des électrons sont ajoutés. Rappelez-vous bien que ce n’est pas l’oxygène lui-même qu’on regarde, quand on cherche à savoir si on ajoute ou enlève des électrons. On regarde l’élément qui se lie à l’oxygène ou s’en détache. Donc, dans ce cas, on cherche simplement à ajouter des électrons aux ions magnésium ou à en retirer des atomes de magnésium.

En chimie, Il y a une caractéristique intéressante sur laquelle nous pouvons nous appuyer. Il est très rare que des électrons joignent ou quittent spontanément un atome ou un ion. Quand ils se déplacent, c’est généralement parce qu’il y a d’autres produits chimiques qui réagissent autour d’eux. Imaginons par exemple un arrangement stable de molécules d’hydrogène et un morceau de lithium. Quand ils se rapprochent, les électrons sont transférés et forment de l’hydrure de lithium, composé d’ions lithium et d’ions hydrure. Au cours de la réaction, l’électron externe de chaque atome de lithium saute sur un atome d’hydrogène. Ainsi, les atomes d’hydrogène sont réduits ; ils ont gagné des électrons. Et les atomes de lithium sont oxydés ; ils ont perdu des électrons.

Quand la réduction d’une espèce se produit en même temps que l’oxydation d’une autre, on parle de réaction d’oxydoréduction ou, pour faire court, réaction rédox. Puisque les électrons ne se déplacent en général pas tout seuls, nous pouvons être presque sûrs que si une réduction a lieu au niveau d’une entité, une autre entité sera oxydée dans la même réaction. Nous disposons maintenant de tous les outils nécessaires pour décrire les réactions rédox. Par exemple ici, on a la réaction du cuivre avec le nitrate d’argent, pour former du nitrate de cuivre et de l’argent. On démarre avec le cuivre sous sa forme pure : des atomes de cuivre liés ensemble par des liaisons métalliques. Et on a une solution contenant des ions argent et des ions nitrate, Ag+ et NO3−.

Quand on ajoute le cuivre à la solution de nitrate d’argent, une jolie réaction se produit. Des cristaux d’argent se développent sur la surface du cuivre, et la solution devient bleue. Étant donné que le cuivre peut former des ions de différentes charges, on doit utiliser la notation II pour indiquer qu’on a affaire à des ions Cu2+. Les atomes de cuivre de départ ont perdu des électrons, formant ainsi des ions Cu2+. Et en même temps, ces ions Ag+ en solution ont gagné des électrons, formant des atomes d’argent. Les atomes de cuivre ont perdu des électrons, donc ils ont été oxydés, alors que les atomes d’argent ont gagné des électrons, qui ont donc été réduits. Nous pouvons donc voir quelle espèce a été réduite et laquelle a été oxydée. Il peut aussi être utile de parler en termes d’espèces qui effectuent la réduction ou l’oxydation.

Pour cela, il peut être utile d’écrire l’équation ionique nette. Nous pouvons commencer par écrire l’équation ionique complète dans laquelle les sels sont séparés en cations et anions. Les anions nitrate ne participent pas à la réaction. On peut voir qu’ils sont inchangés, identiques du côté des réactifs et du côté des produits de l’équation. En retirant les ions spectateurs pour obtenir l’équation ionique nette, il sera plus facile de voir d’où viennent et où vont les électrons. Chaque atome de cuivre dans la réaction donne deux électrons, un à chacun des deux ions Ag+. Une façon d’exprimer cela est que l’Ag+ est réduit par le cuivre. C’est parce que c’est le cuivre qui donne des électrons reçus par les ions Ag+.

Et simultanément, puisque ce sont les ions Ag+ qui reçoivent les électrons du cuivre, on peut dire que le cuivre est oxydé par les ions Ag+. On peut regarder cela différemment, et dire que le cuivre est l’agent réducteur, le composant de la réaction responsable de la réduction d’une autre espèce. De même, on peut dire que l’Ag+ est l’agent oxydant car sa présence provoque l’oxydation d’une autre espèce. Un agent réducteur est une substance qui réduit une autre substance lors d’une réaction redox. Suite à cette réaction, l’agent réducteur est oxydé, et inversement, un agent oxydant est une substance qui oxyde une autre substance lors d’une réaction rédox. Et un agent oxydant, puisqu’il oxyde autre chose, est donc réduit.

Donc, dans cet exemple, le cuivre est oxydé et l’Ag+ est réduit. Le cuivre est l’agent réducteur, et l’Ag+ est l’agent oxydant. Les ions Cu2+ sont le produit de l’oxydation, et les atomes d’argent sont le produit de la réduction. Maintenant que nous avons examiné le fonctionnement de la réduction et de l’oxydation, ainsi que les réactions redox, entraînons-nous un peu.

Observez l’équation suivante. Cl2 aqueux plus 2Br- aqueux réagissent pour former Br2 aqueux plus 2Cl- aqueux. a) Quelle flèche indique une réduction ? (b) Quelle flèche implique une perte d’électrons ? Et (c) quelle flèche implique un gain d’électrons ?

Les flèches dont il est question se réfèrent à A ou B. Dans l’équation, on voit que la molécule de chlore Cl2 réagit avec l’ion bromure Br-, pour former du brome Br2, qui se dissout facilement dans l’eau avec une couleur orange caractéristique, et des ions chlorure Cl-. Pour vous faciliter les choses, vous pouvez séparer les processus individuels. Donc, A se réfère à Cl2 qui se transforme en deux Cl-, et B se réfère à deux Br- qui se transforment en Br2. Ici, je ne m’occupe pas des symboles d’état physique.

Dans le processus A, on voit une molécule de chlore composée de deux atomes de chlore, qui se transforme en deux ions chlorure, chacun avec une charge négative. Par conséquent, ce processus implique l’ajout de deux électrons, un à chacun des atomes de chlore. Et dans le processus B, on a deux ions bromure de charge négative, qui se transforment en atomes de brome neutres dans une molécule de brome. Par conséquent, B correspond au processus d’élimination de deux électrons.

La question (a) se réfère à une réduction. La réduction est le processus de gain d’électrons. C’est facile à retenir si on se rappelle le moyen mnémotechnique. Lors d’une Oxydation, l’espèce Offre des électrons. Lors d’une Réduction, l’espèce Reçoit des électrons. Ainsi, la réponse à la question (a) est la flèche A. Avec la flèche A, le chlore est transformé en chlorure parce qu’il reçoit des électrons. C’est une réduction.

On nous demande dans la partie (b) d’indiquer la flèche qui implique une perte d’électrons. C’est la flèche B. Dans le processus B, on a deux ions bromure transformés en brome en perdant, ou offrant, deux électrons. Et enfin, la réponse à la question (c) est la flèche A. Dans le processus A, le chlore gagne des électrons pour former du chlorure.

Regardons maintenant une question impliquant des équations ioniques.

Lequel des énoncés suivants est incorrect à propos de l’équation ionique suivante ? Zn solide plus 2Ag+ aqueux réagissent pour former Zn2+ aqueux plus 2Ag solide. (A) La transformation des atomes de zinc en ions zinc représente une oxydation. (B) La transformation des ions argent en atomes d’argent représente une réduction. (C) Le zinc agit en tant qu’agent réducteur. (D) Les ions argent gagnent des électrons. Ou (E) La transformation des atomes de zinc en ions zinc représente une réduction.

Dans cette réaction, on a le zinc, sous sa forme solide élémentaire, qui réagit avec les ions argent en solution. Et les produits sont des ions zinc en solution et de l’argent solide. Notre travail consiste à examiner les affirmations et à trouver celle qui est incorrecte. La première affirmation est que la transformation des atomes de zinc en ions zinc représente une oxydation. Nous pouvons utiliser notre moyen mnémotechnique pour nous rappeler ce que sont l’oxydation et la réduction. Lors d’une Oxydation, l’espèce Offre des électrons, et lors d’une Réduction, l’espèce Reçoit des électrons. Dans l’équation, nous pouvons voir que le zinc se transforme en Zn2+. Cela correspond à l’élimination de deux électrons.

Nous voyons aussi que les ions Ag2+ se transforment en atomes d’argent. Ce processus particulier correspond au gain de deux électrons. Nous voyons que les atomes de zinc se transforment en ions zinc et donc perdent des électrons. Cette affirmation est vraie. Par conséquent, ce n’est pas notre bonne réponse. Ensuite, nous avons l’affirmation selon laquelle la transformation des ions argent en atomes d’argent représente une réduction. Dans l’équation, on voit que les ions argent gagnent des électrons pour former des atomes d’argent. Par conséquent, il s’agit d’une réduction et cette affirmation est vraie, donc ce n’est pas la bonne réponse.

La troisième affirmation nécessite de rentrer un peu plus dans les détails. Le zinc agit en tant qu’agent réducteur. Qu’est-ce qu’un réducteur ? Un réducteur réduit autre chose en lui donnant des électrons. Dans l’équation, on voit que chaque atome de zinc donne deux électrons, un à chacun des deux ions Ag+. Puisqu’il donne des électrons, il agit en tant que réducteur. Donc, cette affirmation est également vraie. Et puisque nous avons déjà vu que ce sont les ions argent qui reçoivent les électrons, nous savons que l’affirmation selon laquelle les ions d’argent gagnent des électrons est vraie et donc, ce n’est pas la bonne réponse.

La dernière affirmation suggère que la transformation des atomes de zinc en ions zinc représente une réduction. Mais nous savons que dans ce processus, les atomes de zinc perdent des électrons plutôt que d’en gagner. Ce n’est donc pas une réduction. C’est une oxydation. Des cinq affirmations données à propos de l’équation ionique, la seule qui est incorrecte est la dernière, selon laquelle la transformation des atomes de zinc en ions zinc représente une réduction.

Terminons avec les points clés. La réduction est un processus par lequel une substance gagne, ou reçoit, des électrons, tandis que l’oxydation est l’inverse, c’est le processus par lequel une substance perd, ou offre, des électrons. À un niveau plus élevé, on peut s’éloigner du comptage des électrons pour regarder ce qu’on appelle les nombres d’oxydation. Une réaction rédox est un type de réaction au cours de laquelle la réduction d’une substance et l’oxydation d’une autre substance se produisent simultanément. L’agent réducteur est la substance dans une réaction rédox qui réduit une autre substance. Par conséquent, l’agent réducteur est oxydé, et à l’inverse, l’agent oxydant est la substance dans une réaction rédox qui oxyde une autre substance, et l’agent oxydant est lui réduit.