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Vidéo de la leçon : Corrosion Chimie

Dans cette leçon, nous allons apprendre à décrire des méthodes pour la prévention de la rouille du fer et à identifier les métaux moins sensibles à la formation d’oxyde

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre comment protéger les métaux de la corrosion. Nous étudierons le principe de la galvanisation, ce qu’est la protection sacrificielle, et l’efficacité des autres méthodes de traitement de surface telles que peindre une surface. Commençons par examiner brièvement ce qu’est la corrosion. De nombreux métaux ne sont pas stables dans leur forme pure. Ils ont tendance à réagir et à se lier avec d’autres éléments et composés pour devenir stables. Par exemple, il est plus avantageux pour de nombreux métaux de réagir avec l’oxygène et l’eau présents dans l’environnement que de rester sous leur forme pure. Ces types de réactions entraînent souvent une corrosion.

La corrosion peut être définie comme un processus de destruction irréversible au cours duquel un métal est converti en une forme chimiquement plus stable en réagissant avec d’autres éléments. Ce processus de réaction ou de corrosion finit par endommager le métal ou le matériau en modifiant ses propriétés, le rendant généralement moins solide. La corrosion se produit d’abord à la surface d’un métal et se propage lentement vers l’intérieur de la matière au fur et à mesure que l’oxygène et l’eau la pénètrent. Un exemple de corrosion que vous connaissez peut-être est la rouille du fer contenu dans l’acier. Le métal perd de sa solidité et de son intégrité lorsque l’eau et l’oxygène oxydent le fer qu’il contient. Cela peut être problématique car la rouille du fer ou la corrosion d’un métal modifie leurs propriétés et affecte donc leur utilité. Le sujet spécifique de la rouille est abordé plus en détail dans une autre vidéo.

Maintenant, voyons comment prévenir ou ralentir la corrosion. L’alliage, la protection barrière et la protection sacrificielle sont trois moyens de freiner la corrosion. L’alliage consiste à mélanger un métal avec un autre ou avec d’autres éléments pour développer un nouveau matériau aux propriétés uniques. Les éléments ajoutés doivent être soigneusement choisis afin d’avoir un effet sur la résistance à la corrosion du nouveau matériau. La protection barrière inclut la galvanisation, la peinture et le revêtement plastique, l’huilage et le graissage, ainsi que la passivation. La galvanisation consiste à revêtir une surface métallique d’une couche de zinc. Nous examinerons cela plus en détail dans un instant.

La peinture, le revêtement plastique ou le revêtement d’un métal avec une couche d’huile ou de graisse agit comme une barrière physique qui empêche le métal d’entrer en contact avec l’oxygène et l’eau. Le problème avec un tel revêtement est qu’il peut être rayé ou lavé, et que l’oxygène et l’eau peuvent à nouveau accéder au métal. A long terme, ces méthodes ne sont pas très efficaces contre la corrosion par rapport aux autres méthodes. La passivation est un processus de traitement chimique d’un métal afin de diminuer sa réactivité de surface. Les métaux sont nettoyés avant d’être placés dans un bain acide de passivation, puis rincés avec des substances oxydantes. Ce traitement forme une couche sur la surface du métal qui le rend plus résistant à la corrosion. Lors d’une protection sacrificielle, les électrons d’un métal réactif sont donnés à un métal moins réactif et empêchent son oxydation.

Voyons maintenant plus en détail les processus de galvanisation et de protection sacrificielle. La galvanisation est le procédé de revêtement d’un métal ferreux ou d’un alliage avec du zinc. Ferreux fait référence au fer, donc un métal ou un alliage ferreux est un métal ou un alliage contenant du fer, par exemple du fer pur ou de l’acier. La partie en fer ou en acier est plongée dans du zinc fondu, liquide. La pièce est retirée du bain de zinc, refroidie, et le zinc se solidifie en formant une couche sur les surfaces.

Le revêtement de zinc protège l’alliage de métaux ferreux de deux façons. Premièrement, il agit comme une barrière physique pour l’oxygène et l’eau, les empêchant d’atteindre la surface du fer. Deuxièmement, même si une partie de la couche mince de zinc est rayée et que le métal ferreux sous-jacent est exposé à l’air, le métal ne se corrodera ou ne rouillera pas car la couche de zinc lui offre une protection sacrificielle. Le zinc donnera des électrons au métal sous-jacent, l’empêchant ainsi de s’oxyder. Seule une très mince couche de zinc galvanisé est nécessaire pour assurer la protection barrière et la protection sacrificielle. Étudions plus en détail la protection sacrificielle.

La protection sacrificielle peut être définie comme l’utilisation d’un métal plus réactif pour protéger un métal moins réactif contre la corrosion. Dans le cas de l’acier galvanisé, le métal le plus réactif est le zinc, et le métal le moins réactif est le fer ou le fer de l’acier. Un classement des réactivités peut nous aider à déterminer quels métaux sont plus réactifs que les autres. Le potassium, en tête de ce classement, est le métal le plus réactif. Cela signifie qu’il perd des électrons et qu’il est oxydée le plus facilement parmi cette liste de métaux, et que l’or est le moins réactif de cette liste. C’est à l’or qu’il faut fournir le plus d’énergie pour qu’il perde des électrons et s’oxyde. Dans les conditions standard, l’or est inerte et n’est pas oxydé.

Ensuite, le zinc est au-dessus du fer dans le classement des réactivités, signifiant que le zinc réagit plus facilement que le fer. En d’autres termes, le zinc perd des électrons ou s’oxyde plus facilement que le fer. Par rapport au fer, il faut peu d’énergie pour que le zinc perde des électrons et soit oxydé. Si nous agrandissons cette image et si le revêtement de zinc formé par galvanisation a été partiellement rayé ou usé lors de l’utilisation de cette pièce métallique, cela ne sera pas un problème.

Le zinc donnera préférentiellement des électrons au fer, effet appelé don d’électrons sacrificiels, et réagira avec l’oxygène ou l’eau pour produire de l’oxyde de zinc, ZnO. Le zinc s’est oxydé à la place du fer. De cette façon, le zinc protège le fer. On dit que les électrons de zinc ont été sacrifiés pour préserver le fer. De cette manière le fer ne rouille pas, mais un revêtement dur d’oxyde de zinc le recouvre et le protège.

Ce qui est intéressant et avantageux avec la protection sacrificielle, c’est qu’un revêtement total de zinc n’est pas forcément nécessaire pour protéger l’acier. Il serait extrêmement coûteux et difficile de galvaniser avec du zinc de très grandes structures en acier telles que des plates-formes pétrolières ou des coques de navires. A la place, on fixe donc des petits blocs ou des barres de zinc à l’acier. Le phénomène de protection sacrificielle du zinc a toujours lieu, même si le zinc ne couvre pas toute la surface de l’acier.

Après une longue période, tout le zinc de ces blocs est oxydé en oxyde de zinc. Ce qu’il suffit alors de faire est de retirer les blocs d’oxyde de zinc et de les remplacer par de nouveaux blocs de zinc. Ainsi, la protection sacrificielle du fer continue. Finalement, tout métal plus réactif que le fer pourrait être utilisé comme protecteur sacrificiel. Mais le zinc est à la fois rentable et facilement disponible, c’est donc le métal de choix. Voyons quelles sont les méthodes appropriées pour prévenir la rouille dans différentes applications.

Nous avons vu que les alliages, les protections barrières de différentes sortes et la protection sacrificielle sont les principaux moyens de protéger un métal contre la corrosion. Voici quelques exemples concrets où ces méthodes de protection sont utilisées. L’acier inoxydable est un alliage, généralement de fer, de carbone, de chrome et de nickel. La présence de chrome et de nickel aide à empêcher le fer de rouiller. Les couverts et le matériel chirurgical sont fabriqués à partir d’alliages pour éviter la corrosion. Les clôtures et les échelles en acier sont souvent galvanisées pour prolonger leur durée de vie. Nous avons vu que les plates-formes pétrolières et les coques de navires sont souvent protégées de la corrosion à l’aide de blocs de zinc : c’est la protection sacrificielle. Les tuyaux en acier enterrés entrent en contact avec l’humidité du sol. On les empêche de rouiller grâce à une protection sacrificielle, par fixation de blocs soit de zinc soit d’un autre métal plus réactif que le fer.

La méthode de protection barrière est la plus appropriée pour protéger de la corrosion les chaînes de vélos en acier. La peinture ne fonctionnera pas car elle s’écaillera avec la friction. Huiler et graisser est donc ici la méthode de choix. Mais la peinture peut être utilisée là où il n’y a pas de friction, par exemple, sur les clôtures en acier ou en acier galvanisé. L’érosion du sol sur les rives des rivières est parfois évitée en utilisant des paniers de gabion en acier remplis de lourdes pierres. En présence de beaucoup d’eau et d’oxygène, l’acier pourrait rouiller très rapidement. Pour ralentir le processus de corrosion, ces paniers de gabion sont souvent recouverts de plastique.

Qu’en est-il de la passivation ? Dans plusieurs applications que nous avons déjà passées en revue, de nombreuses pièces en acier sont aussi passivées. Le traitement des composants électroniques, en d’autres termes la passivation, protège leurs performances dans le temps même s’ils sont exposés à l’oxygène et à l’eau présents dans l’air. Maintenant, il est temps de s’exercer.

Lequel des métaux suivants pourrait-il être utilisé comme revêtement sacrificiel sur le fer pour éviter la formation de rouille ? (A) Sn, (B) Pt, (C) Cu, (D) Pb ou (E) Al.

Les réponses possibles sont l’étain, le platine, le cuivre, le plomb et l’aluminium. La question parle d’un revêtement sacrificiel sur le fer pour éviter la formation de rouille. Lorsque le fer entre en contact avec l’oxygène et l’eau, il est transformé ou oxydé en oxyde de fer, autrement dit la rouille. La rouille est brun-rouge, friable et peu solide, de sorte que le fer doit souvent être enduit pour l’empêcher de rouiller et maintenir sa solidité. Nous pouvons utiliser le classement de réactivité des métaux pour choisir le métal qui convient le mieux au revêtement du fer.

Les métaux sont classés par ordre croissant de réactivité, de bas en haut. Le potassium, en tête, est le métal le plus réactif. Il perd des électrons et est oxydé le plus facilement de tous ces métaux. Le platine en bas de liste est le moins réactif. C’est lui qui le moins facilement perd des électrons ou est le moins facilement oxydé. Le platine et l’or sont inertes et inactifs dans les conditions standard. Dans des conditions normales, ils ne sont pas oxydés. Lorsqu’un mince revêtement métallique est formé sur le fer, l’oxygène et l’eau ne peuvent pas entrer en contact avec la surface du fer, il l’empêche ainsi de rouiller.

Le revêtement métallique doit être constitué d’un métal au-dessus du fer dans le classement des réactivités. Le potassium, le sodium, le lithium, le calcium, le magnésium, l’aluminium et le zinc sont tous plus réactifs que le fer. Cela signifie qu’ils seront oxydés plus facilement que le fer, et qu’ils peuvent donner des électrons au fer pour l’empêcher de s’oxyder. Donc, même si une partie du mince revêtement métallique est accidentellement rayée et même si le fer métallique entre en contact avec l’oxygène et l’eau, il ne rouillera pas. Au lieu de cela, c’est le revêtement qui sera oxydé. On dit que le revêtement est sacrificiel. Il sacrifie ou donne ses électrons au fer, et de cette manière, le fer est protégé bien que le revêtement lui-même soit oxydé.

Parmi les réponses possibles, seul l’aluminium est plus élevé que le fer dans le classement des réactivités. L’étain, le platine, le cuivre et le plomb sont tous moins réactifs que le fer et ne peuvent donc pas être des protecteurs sacrificiels du fer. Le métal qui pourrait donc être utilisé comme revêtement sacrificiel sur le fer pour empêcher la formation de rouille est l’aluminium.

Revoyons les points clés de cette vidéo. Nous avons appris que les métaux purs réagissent souvent avec d’autres éléments pour devenir plus stables, entraînant leur corrosion. Nous avons défini la corrosion comme un processus de destruction irréversible dans lequel un métal est transformé en une forme chimiquement plus stable en réagissant avec d’autres éléments. Nous avons examiné spécifiquement la corrosion en tant que réaction d’un métal avec l’oxygène et l’eau. Nous avons vu que la prévention de la corrosion peut être obtenue en alliant un métal avec d’autres éléments, en peignant ou en plastifiant sa surface, en l’huilant ou en la graissant, ou par passivation, qui est le traitement chimique de la surface d’un métal, généralement par des acides ou des agents oxydants. Et nous nous sommes concentrés sur la galvanisation, qui est le revêtement d’un métal par une mince couche de zinc, et à la protection sacrificielle, qui est la protection d’un métal grâce à un métal plus réactif.

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