Corrosion métallique

[invitebb997a3e]

Bonjour,

Je suis lycéen de 1ère et notre TPE porte sur les statues. La dernière partie du devoir porte sur la corrosion des sculptures métalliques, mais je suis un peu perdu face au vaste sujet. Je cherche donc quelques explications, notamment par rapport au vocabulaire.

Est-ce que ''corrosion aqueuse'' signifie ''oxydoréduction'' ? Sinon quelle est la différence entre les deux ?

Les corrosions ''par piqûre'', ''généralisée'' et ''par aération différentielle'' sont-elles par conséquent différents types de corrosion impliquant toutes le phénomène d'oxydoréduction ? Ou alors l'oxydoréduction ne serait-elle qu'un type de corrosion parmi les autres ? (Si oui lequel ? par aération différentielle ?)

Est-ce que la corrosion généralisée implique la formation d'une couche d'oxyde de la même manière que la corrosion par piqûre ?
Si oui quelle est la différence entre les deux ?
Sinon, est-ce que la corrosion généralisée et a-t-elle un quelconque rapport avec l'oxydoréduction ?

Je suis un peu confus avec tout ces termes, donc si quelqu'un pourrait me donner un coup de main

J'ai par ailleurs rédigé toute une partie sur la corrosion des statues de pierre, je l'insère ici (L'érosion des statues de pierre PDF.pdf) au cas où quelqu'un aurait le courage de lire les 4 pages pour me donner un retour et me corriger sur des fautes que j'aurai pu faire ^^
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[invitebb997a3e]

Ce que j'ai pour le moment sur la partie traitant de la corrosion du métal : La corrosion des statues de métal PDF.pdf
Je précise également que nous avons prévu de faire relier notre TPE sous forme de magazine, avec une mise en page du même style, au cas où quelqu'un aurait des conseils

[40CDV20]

Bjr,
Je ne suis pas convaincu que tout ceci soit au menu d'une classe de 1ère ?
De façon simple on peut dire que la corrosion résulte de l'exposition d'un métal ou alliage métallique au contact d'un milieu agressif liquide ou gazeux. De façon plus "évoluée" le phénomène de corrosion résulte de la tendance des systèmes physiques à acquérir un état thermodynamique stable.
A grosses mailles on distingue :
-la corrosion chimique, telle la corrosion sèche à haute température et en ambiance oxydante,
-la corrosion électrochimique, telle la corrosion marine. Le "débutant" s’intéresse principalement à cette dernière et exclusivement en milieu aqueux.
Si on reprend les travaux d'Evans qui a mis en évidence cet aspect dit d'aération différentielle,
on trouve :
la corrosion par formation de piles locales,
-métal/alliage intégrant des inclusions étrangères,
-association électrique/électrochimique entre à minima deux métaux/alliages
on distingue également 2 faciès principaux de corrosion :
-généralisée, associée souvent à un milieu acide (mais pas que),
-localisée, associée à un milieu neutre et chloruré (mais pas que),
et divers états singuliers tels :
-corrosion par piqûres,
-sous-tension,
-caverneuse,
-feuilletante,
-galvanique,
-intergranulaire....
Cdt.

[invitebb997a3e]

Merci d'avoir pris le temps de nous aider !!

Tout ça me semble un peu compliqué et je ne sais pas si je devrait inclure tout ces détails dans le TPE...
Notre professeure nous a conseillé de parler de l'oxydoréduction, bien qu'on ne le verra qu'à la fin de l'année, donc j'ai essayé de me centrer sur ça dans le petit paragraphe que j'ai rédigé.

L'oxydoréduction est réellement la cause majeure de dégradation des statues de métal. Toutes les sculptures métalliques exposées à l'extérieur et qui sont en contact avec l'air et la pluie sont sujettes à ce phénomène.
L'oxydoréduction est le transfert d'électrons d'un corps (réducteur) vers un autre (oxydant). Cette réaction se compose de deux ''demi-réactions''*: l'oxydation du réducteur et la réduction de l'oxydant, d'où le terme d'''oxydoréduction''. Lorsqu'une espèce chimique perd un ou plusieurs électrons, on dit qu'elle subit une oxydation ou bien que cette espèce chimique est oxydée. L'oxydoréduction implique par conséquent des ions.
De cette réaction résulte un oxyde, caractéristique à chaque métal (rouille pour le fer ou vert-de-gris pour le cuivre par exemple)

Je ne sais pas si je devrais y intégrer plus de détails (?)

[A voir en vidéo sur Futura]

[moco]

Si tu veux faire plus simple, tu peux dire qu'on peut reconnaître l'état d'oxydation à la couleur. Les métaux purs ont en général une couleur grise "métallique", sauf le cuivre qui est coloré en un orange "cuivré". Oxydés au maximum, les atomes de cuivre changent de couleur et deviennent parfois gris parfois verts. Les atomes de fer deviennent rouge-brun foncé, comme la rouille. Les atomes de zinc deviennent blancs.

Si tu veux citer les équations chimiques, tu peux parler de l'oxydation du fer, du cuivre et du zinc.

1) L'oxydation du fer à l'air se fait selon l'équation : 4 Fe + 3 O₂ --> 2 Fe₂O₃. En réalité la rouille est de l'oxyde Fe₂O₃ qui a partiellement réagi avec des molécules d'eau, selon : Fe₂O₃ + 3 H₂O --> 2 Fe(OH)₃. Donc la rouille est un mélange de Fe₂O₃ et de Fe(OH)_3. Mais ces deux produits ont tous deux la même couleur rouge-brun, et on ne les différencie pas à l'oeil.

2) L'oxydation du cuivre à l'air se fait selon l'équation : 2 Cu + O₂ --> 2 CuO. Or CuO est noir.
Mais en présence de gaz carbonique et d'eau, il se forme du vert-de-gris, et l'équation est un peu plus compliquée: 2 Cu + O₂ + CO₂ + H₂O --> Cu₂(OH)₂CO₃. Ce dernier produit est vert. On l'appelle vert-de-gris. Il se forme spontanément sur les statues de cuivre.

3) Le zinc est le métal dont la réaction d'oxydation est la plus simple. C'est : 2 Zn + O₂ --> 2 ZnO, et ZnO est blanc. Il est vrai qu'une partie de ZnO réagit avec le gaz carbonique de l'air et forme ZnCO₃ qui est aussi un produit blanc.

Dans toutes ces oxydations les métaux (Fe, Cu, Zn) ont perdu des électrons qu'ils ont donnés à l'atome d'oxygène.

Tu peux aussi dire que l'oxydation à l'air du cuivre et du zinc se fait uniformément sur toute la surface du métal. Par contre, celle du fer se fait par piqûres ou par taches, et pas sur toute la surface du métal exposé à l'air. Elle se produit aux endroits où de petits grains d'impuretés de charbon affleurent en surface. En frottant du cuivre ou du zinc oxydé, on enlève facilement la couche d'oxyde. Mais pas le fer. L'attaque du fer par piqûre peut créer des trous assez profonds pleins de rouille, qu'on ne parvient pas à éliminer aussi facilement que sur le cuivre et le zinc.

[invitebb997a3e]

J'avais pas pensé à citer les équations chimiques, c'est une bonne idée !

Je n'ai cité que celle du fer parce que l'expérience qu'on a fait présente son oxydation, mais ce n'est pas la même que la vôtre /:

2 Fe_(s) + O_2(g) + 2 H₂O_(l) → 2 Fe²⁺_(s) + 4 OH^-_(aq)

(elle combine l'oxydation du métal : Fe_(s) = Fe²⁺_(s) + 2 e^- avec la réduction du dioxygène : O_2(g) + 2 H₂O_(l) + 4 e^- = 4 OH^-_(aq)) D'ailleurs est-ce que les e^- ont un état ?

J'ai aussi rédigé une partie sur les interventions que l'on peut faire sur les statues de métal pour les réparer/protéger :

La popularité du bronze dans le domaine de la sculpture s'explique par le peu d'entretien qu'il demande. En effet, la couche d'oxyde, le vert-de-gris qui se forme lentement à la surface du bronze lorsqu'il est exposé aux intempéries constitue une réelle protection pour le métal. L'application de cire protectrice artificielle est également envisageable, mais pas systématique, si bien que l'on est habitué à l'aspect oxydé du bronze.

Le plomb agit de manière similaire, développant une couche d'oxyde protectrice d'une couleur allant du gris pâle à une gris foncé, à laquelle nous sommes aujourd'hui habitués. Cependant, le plomb étant un métal plutôt souple, il est commun de trouver une armature de fer à l'intérieur de ces statues. Il faut alors remplacer cet armature inévitablement rouillée par un métal résistant à l'oxydation, sous peine de voir la statue se fissurer ou s'affaisser.

Le fer étant un métal fragile à l'oxydation rapide, presque toutes les statues de fer étaient à l'origine peintes. Cette peinture doit être constamment renouvelée pour éviter l'émiettement de la statue.

Tout comme le fer, le zinc a très peu été utilisé dans le domaine de la sculpture. Il ne fut populaire que pendant la seconde moitié du XIXe siècle. Les statues de zinc étaient alors souvent assemblées grâce à des joints de plomb, puis plaquées de cuivre et cirées. De nos jours ces couches de protections ont pour la plupart disparu, exposant ainsi la couleur grise du zinc. La corrosion de ce dernier amène à une surface grêlée, parsemée de petites cavités, qui est fréquemment accompagnée par l'affaiblissement des joints de plomb, compromettant la stabilité de l'objet. Des réparations structurelles peuvent être effectuées, et la couche de bronze ou de cire originale peut être répliquée pour protéger le métal.

Je vais probablement y ajouter les formules chimiques que vous m'avez donné Merci

[invitebb997a3e]

Voilà la partie ''interventions'' :

Les méthodes de conservation des statues de métal dépendent souvent du métal concerné.

La popularité du bronze dans le domaine de la sculpture s'explique par le peu d'entretien qu'il demande. En effet, la couche d'oxyde, le vert-de-gris qui se forme lentement à la surface du bronze lorsqu'il est exposé aux intempéries constitue une réelle protection pour le métal. L'application de cire protectrice artificielle est également envisageable, mais pas systématique, si bien que l'on est habitué à l'aspect oxydé du bronze.

Équation chimique de l'oxydoréduction du cuivre*:

2 Cu_(s) + O_2(g) + CO_2(g) + H₂O_(l) → Cu₂(OH)₂CO_3(s)

Le plomb agit de manière similaire, développant une couche d'oxyde protectrice d'une couleur allant du gris pâle à une gris foncé, à laquelle nous sommes aujourd'hui habitués. Cependant, le plomb étant un métal plutôt souple, il est commun de trouver une armature de fer à l'intérieur de ces statues. Il faut alors remplacer cet armature inévitablement rouillée par un métal résistant à l'oxydation, sous peine de voir la statue se fissurer ou s'affaisser.

Équation chimique de l'oxydoréduction du plomb*:

Pb_(s) + O_2(g) → PbO_2(s) Je ne sais vraiment pas si cette formule est appropriée, et peut-on parler d'oxydoréduction si l'eau n'est pas impliquée ?

Le fer étant un métal fragile à l'oxydation rapide, presque toutes les statues de fer étaient à l'origine peintes. Cette peinture doit être constamment renouvelée pour éviter l'émiettement de la statue.

Équation chimique de l'oxydoréduction du fer*:

2 Fe_(s) + O_2(g) + 2 H₂O_(l) → 2 Fe²⁺_(s) + 4 OH^-_(aq)

Tout comme le fer, le zinc a très peu été utilisé dans le domaine de la sculpture. Il ne fut populaire que pendant la seconde moitié du XIXe siècle. Les statues de zinc étaient alors souvent assemblées grâce à des joints de plomb, puis plaquées de cuivre et cirées. De nos jours ces couches de protections ont pour la plupart disparu, exposant ainsi la couleur grise du zinc. La corrosion de ce dernier amène à une surface grêlée, parsemée de petites cavités, qui est fréquemment accompagnée par l'affaiblissement des joints de plomb, compromettant la stabilité de l'objet. Des réparations structurelles peuvent être effectuées, et la couche de bronze ou de cire originale peut être répliquée pour protéger le métal.

Équation chimique de l'oxydoréduction du zinc*:

2 Zn_(s) + O_2(g) → 2 ZnO_(s) Même doute, peut-on parler d'oxydoréduction lorsqu'il n'y a pas d'H₂O dans la formule ?

[moco]

Quelques commentaires.
1) On peut parler d'oxydation même s'il n'y a pas d'eau. Il existe de nombreuses oxydations sans la moindre molécule d'eau.
2) Pb s'oxyde en PbO, et pas en PbO2.
3) Le fer Fe s'oxyde de différentes façons, mais en tout cas pas de la manière que tu as écrit. Tu dis qu'il se forme Fe2+(s) et OH-(aq) . C'est absurde. Un ion n'existe pas tout seul à l'état solide, avec son contre-ions dans une autre phase. Il faut réunir ces deux ions qui ne sont pas séparés, en une seule molécule Fe(OH)2. mais là encore ce n'est pas parfait, car Fe(OH)2 n'existe pas longtemps au contact de l'oxygène de l'air. En quelques minutes il s'oxyde à son tour en formant Fe(OH)3
4) Il ne faut pas parler d'oxydoréduction du cuivre, mais plus simplement d'oxydation du cuivre.

[invitebb997a3e]

Quelle est la différence entre les phénomènes d'oxydation et d'oxydoréduction ?

Du coup l'oxydation du plomb : 2 Pb_(s) + O_2(g) → 2 PbO_(s)

L'équation de l'oxydoréduction du fer est tirée d'un manuel dont nous avons fait l'expérience suivante :

L'expérience consiste à plonger un clou de fer dans une solution éthanoïque de phénolphtaléine, de ferricyanure de potassium et d'agar-agar (gélifiant). En effet, le ferricyanure de potassium donne une coloration bleue foncée en présence d'ions Fe2+, alors que la phénolphtaléine donne une coloration rose en milieu basique, l'agar-agar sert à gélifier la solution pour rendre la manipulation plus aisée et empêcher les coloration de se dissiper et de se mélanger.

On remarque donc après quelques jours de repos l'apparition d'une coloration bleue aux extrémités du clou, ainsi qu'une coloration rose en son milieu.

Deux réactions entrent ici en jeu*:

Oxydation du fer (zones bleues)*: Fe_(s) = Fe²⁺_(s) + 2 e^-

Réduction du dioxygène (zones roses)*: O_2(g) + 2 H₂O_(l) + 4 e^- = 4 OH^-_(aq)
Les ions OH- étant responsables de la basicité à laquelle la phénolphtaléine réagit.

Ce qui donne l'équation finale : 2 Fe_(s) + O_2(g) + 2 H₂O_(l) → 2 Fe²⁺_(s) + 4 OH^-_(aq)

Nous avons fait l'expérience et incorporé des photos légendées.

[moco]

On parle de phénomène d'oxydation quand on ne s'intéresse qu'à un atome.mais il y a toujours oxydation et réduction.
Par exemple, on peut très bien parler de l'oxydation du fer qui devient un ion Fe²⁺ ou Fe³⁺. Mais dans ce cas, on néglige de parler de la réduction de O₂. C'est une question de point de vue.