Oxydo-réduction : vis de zinc ou de cuivre?

[heyheyheyh]

Bonjour,

Je suis face à un petit exercice qui me laisse perplexe, enfin la question e).
"Pour fixer un boîtier en acier (99% de fer) sous le châssis d'un camion, on doit choisir entre des vis zinguées et cuivrées." (J'ai une échelle des potentiels pour écrire les réactions spontanées.)

*Couples redox correspondant aux trois métaux cités : Fe2+/Fe ; Zn2+/Zn ; Cu2+/Cu
*Demis-équations associées à ces couples :
Fe = Fe2+ + 2e-
Zn = Zn2+ + 2e-
Cu = Cu2+ + 2e-

*Equation bilan de la réaction faisant intervenir les couples rédox Fe2+ / Fe et Cu2+ / Cu :
Cu2+ + Fe -> Cu + Fe 2+

* Idem avec les couples rédox Fe2+ / Fe et Zn2+ / Zn :
Fe2+ + Zn -> Fe + Zn 2+

=> Quelle vis doit-on utiliser pour fixer efficacement le boîtier en acier ? Une correction dit qu' "on doit utiliser les vis cuivrées car les vis zinguées seraient oxydées".

1)Ce que je ne comprends pas, quand je regarde mes équations, c'est que le zinc Zn ne peut s'oxyder en Zn 2+ que s'il est en présence de Fe 2+. Or ici, le châssis est constitué de Fe, et non pas de Fe 2+. Je ne vois donc pas pourquoi les vis de zinc s'oxyderaient...

2) De plus, si le zinc peut s'oxyder, pourquoi le cuivre ne le pourrait-il pas ? Ainsi, on se retrouverait avec du Cu2+, qui en présence de Fe d'après la première équation, redonne du Cu...et du Fe2+ : ainsi, le fer Fe disparaîtrait !
Merci !
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[Patzewiz]

Bonsoir,
C'est plutôt une question de chimie que de physique. Pour comprendre ce qui peut se passer il ne faut pas oublier l'oxygène de l'air et la vapeur d'eau qui peut l'accompagner et vont être à l'origine de l'oxydation des métaux.
Une piste de réflexion en se ramenant à des expériences de laboratoire: un morceau de fer plongé dans une solution de sulfate de cuivre se recouvre de cuivre tandis qu'un morceau de zinc plongé dans une solution de sulfate de fer (II) se recouvre de fer.

[heyheyheyh]

Merci pour cette réponse rapide

D'accord, mais alors, pour le cuivre? Lui aussi peut s'oxyder au contact de l'air et on a alors du Cu2+, qui d'après la première équation, va réagir avec le Fe et le "consommer" pour donner du Fe 2+, non ? On s'en fiche qu'un peu de Fe du châssis soit consommé?

[LPFR]

Bonjour.
Il me semble qu’il faut voir le problème d’un point de vue pratique.
Si c’était un objet laissé à l’air ou plongé dans un bain plus ou moins corrosif, le cuivre est un meilleur choix.
Mais sur c’est une vis qui est soumise à des mauvais traitements en surface qui risquent de créer des défauts dans la couche de protection alors, le cuivre est un mauvais choix. Car le fer exposé va rouiller aidé par le couple galvanique.
Alors que s’il est recouvert de zinc, celui-ci protégera la fer (à ses dépends) tant qu’il en reste en surface.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[heyheyheyh]

Merci pour la réponse, mais je ne vois pas pourquoi le zinc est le meilleur choix...
Je n'ai pas beaucoup de connaissances en chimie, est-il possible de répondre en restant collé à mes questions?
Je suis mal à l'aise de le demander comme ça, mais sinon je ne comprends pas les réponses...


Merci!

[LPFR]

Re.
Je ne suis pas chimiste mais je sais que quand on met un couple de métaux en contact électrique dans un électrolyte, c’est le plus électropositif qui est oxydé et éventuellement dissout.
Et la réponse de l’intérêt du zinc, je l’ai lue dans un bouquin de chimie il y a très, très longtemps.
A+

[heyheyheyh]

Merci pour ta réactivité (en chimie, ça compte^^)

Si quelqu'un a d'autres explications, je suis preneur

Bonne journée !

[azizovsky]

Bonjour, tous dépend du potentiel du red-ox :

« Noblesse » d'un métal:

Un métal qui ne s'oxyde pas spontanément à l'air est dit « noble ». Cette notion est directement liée au potentiel d'oxydoréduction du couple oxyde/métal : plus le potentiel est élevé, plus le métal est « noble ». Ceci intervient également dans la corrosion galvanique : le métal le moins noble se corrode alors que le métal le plus noble est protégé. Certains métaux considérés comme inoxydables sont en fait protégés par une couche d'oxyde compacte adhérente et surtout étanche à l'oxydant, comme l'aluminium et le titane : ils ne sont pas nobles, mais leur corrosion est très lente car les oxydes d'aluminium et de titane sont étanches à l'oxygène.

On peut donc classer les métaux du plus noble au moins noble :
Au > Ag > Cu > Pb > Sn > Ni > Cd > Fe > Cr > Zn > Al > Ti > Mg > Na > Li

https://fr.wikipedia.org/wiki/Potent...r%C3%A9duction

ps: je me rappelle, j'ai 'cuivré' mon porte clefs (simple à réaliser).

[LPFR]

...
ps: je me rappelle, j'ai 'cuivré' mon porte clefs (simple à réaliser).

Re.
Ce qui est difficile est d’obtenir une couche (de cuivre ou de n’importe quel autre métal) sans piqûres ni cloques et qui tienne mécaniquement.
A+

[AlexUnivNantes]

Salut,
As-tu construit un axe des potentiel ? Cette dernière va te permettre de voir quelle est la réaction prépondérante ( oxydant le plus fort avec réducteur le plus faible)
Ici, l'oxydant Fe2+ ne peut oxyder le cuivre ( potentiel standard de Cu2+/Cu plus élevé que Fe2+/Fe) alors qu'il peut oxyder le zinc !
En espérant avoir répondu à ta question !

[azizovsky]

Re.
Ce qui est difficile est d’obtenir une couche (de cuivre ou de n’importe quel autre métal) sans piqûres ni cloques et qui tienne mécaniquement.
A+

Salut, je n'ai pas compris tous, mais ce que je sais que mon porte clefs qui a disparus et je l'ai vu, après plus de 5 ans chez quelqu'un (seulement la moitié qui était cuivré..., l'autre c'est pour le tenir quand je l'ai plongé dans un mélange de pb2++,so42--,cu2++,....plus une connexion à la batterie ....)

[heyheyheyh]

Merci pour toutes les réponses

La réponse d'azizovsy me semblait claire : le potentiel du couple O2/réducteur correspondant (quel est ce réducteur d'ailleurs?) est plus élevé que celui de tous les couples ox/red mentionnés avant donc (ceux contenant les métaux)?

Mais Alexunivnantes me met le doute ^^ : je croyais qu'on parlait de la réaction du métal (que ce soit Fe, Zn ou Cu) avec le dioxygène de l'air ambiant, pas des réactions entre les métaux...

Donc, pour résumer ce que j'ai compris, en utilisant un axe des potentiels comme le conseille Alexunivnantes, je mettrais, de haut en bas :
-O2/réducteur correspondant comme ayant le plus haut potentiel
-Cu2+/Cu
-Fe2+/Fe
-Zn2+/Zn

Ainsi, comme l'oxydant le plus fort réagit avec le réducteur le plus fort :
- la réaction qui a lieu quand on choisit les vis de zinc est celle du dioxygène avec le zinc (et donc les vis sont "consommées", le châssis peut tomber)
- la réaction qui a lieu quand on choisit les vis de cuivre est celle du dioxygène avec le fer (et donc le châssis est un peu consommé, ce qui j'imagine est toléré, et le gros bénéfice est donc que les vis de cuivre ne sont pas attaquées, car moins réductrices que le fer)

Est-ce juste?

J'espère que mon hypothèse selon laquelle le potentiel redox de O2/réducteur correspondant est supérieur aux autres est juste, sinon tout est faux! Si oui, quel est ce réducteur correspondant ?

Merci !

[AlexUnivNantes]

Le réducteur de O2 est H2O. En fait forcément ton fer sera oxyder avec O2 présent partout dans l'air de même que ton cuivre où ton zinc ! Je pense ce qu'il faut voir c'est que ton chassis fait de fer va être donneur d'ion Fe2+. Ces ions oxyde seulement le zinc et non le cuivre donc si tu veut le cuivre ne sera qu'oxydé par O2 alors que le zin lui sera oxydé par O2 et aussi par Fe 2+ donc oxydation du Zinc beaucoup plus rapide !

[heyheyheyh]

Je comprends ce que tu veux dire Alexunivnantes, mais : je croyais que la seule réaction qui avait lieu était celle de l'oxydant le plus fort (donc O2, je viens de vérifier le potentiel standard de O2/H20, il est plus élevé que celui des autres couples) avec le réducteur le plus fort? Donc pas de réaction autre que celle entre le dioxygène et le métal (zinc si on prend les vis de zinc, fer si on prend les vis de cuivre).

[LPFR]

Re.
Si vous levez le nez et regardez les toits, vous verrez que la plupart des toits sont en zinc.
Et certaines coupoles sont en cuivre (couvertes de vert-de-gris).
Dans les deux cas, il s’agit de tôles massives. Et dans les deux cas, elles tiennent des années ou de siècles.

Et la plupart d’objets en fer ou acier exposés aux intempéries sont galvanisés.

Ces choix sont les bons, même si ceux qui les utilisent ne connaissent pas la chimie.

Si vous arrivez à une conclusion différente, c’est vous qui avez tort.
A+

[AlexUnivNantes]

C'est un peu plus complexe si tu regarde le potentiel de 02 il est plus élevé que tes autres couples. En fait chaque métal va être plus ou moins oxydé. Ici je dirais même que ce couple 02/H20 nous apporte peu il faut plus voir que Fe2+ oxyde ton zinc et mais pasle cuivre ce qui est l clé de ton exo. Mais la réction entre l'oxydant le plus fort et le réducteur le plus faible n'est pas LA SEULE réaction. Elle est juste prépondérante c'est pour ça que le couple 02/H20 je ne le mettrais pas dans ton axe des potentiels car effectivement tu va trouver que l'oxydation du zinc est la réaction ce qui ne répond pas entièrement à ton exo vu qu'il faut utiliser le couple du Fer.
J'èspere que je suis assez clair ^^

[heyheyheyh]

Oui tu es clair^^ je suis juste perturbé par deux choses : le fait que finalement ce ne soit pas la réaction de l'oxydant le plus fort avec le réducteur le plus fort qui nous intéresse, et puis je ne vois pas d'où sortent les ions Fe2+ : justement de l'oxydation du fer par le dioxygène ^^?