Échanges d'électrons en redox

[Chmiman]

Désolé pour le cuivre j'ai inversé , mais c'est toujours le même problème au final si je me met du côté du fer . Prenons un exemple car j'ai compris vos explications mais j'aimerais comprendre mieux quand même .

Si on regarde la lame de fer dans le bain sulfate de fer , là un ion fe2+ est expulsé pour le coup . Mais meme si vous me dites que c'est l'interaction électromagnétique , je dis d'accord mais pourquoi intervient elle maintenant et pas avant pour faire partir cet ion dans la solution ? Quel mécanisme déclenche le départ de l'ion vers la solution ? Vous allez me dire l'electroneutralité doit être respecté donc l'ion est expulsé pendant que deux électrons parcourent le fil électrique ! Mais encore une fois comment le fait d'enlever deux électrons à la plaque de fer va automatiquement expulser un ion fe2+ directement ?

Le mécanisme , ne vous inquiétez pas je l'ai compris et je vous remercie , mais au fond , je ne saurais pas dire comment chimiquement l'ion se colle au cuivre ou est expulsé pour le fer ! Je suis d'accord , c'est très logique , des électrons partent , et la chimie s'arrange pour garder la neutralité , mais pour comprendre vraiment , faut il vraiment toucher la MQ ?
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[Lansberg]

Si on regarde la lame de fer dans le bain sulfate de fer , là un ion fe2+ est expulsé pour le coup . Mais meme si vous me dites que c'est l'interaction électromagnétique , je dis d'accord mais pourquoi intervient elle maintenant et pas avant pour faire partir cet ion dans la solution ? Quel mécanisme déclenche le départ de l'ion vers la solution ?

Un métal peut être considéré comme un "cristal métallique" constitué d'un réseau d'ions positifs et d'un "nuage d'électrons libres" pouvant se déplacer globalement par rapport à ces ions.
Si on prend par exemple une lame de fer et qu'on la plonge dans une solution de sulfate de fer (on pourrait même prendre de l'eau seulement ou tout autre solvant ionisant), les ions Fe2+ superficiels du métal tendent à passer dans la solution (par attraction électrostatique avec les ions du solvant) en abandonnant dans le métal la charge négative. Les charges négatives créées à la surface du métal maintiennent les ions Fe2+ à courte distance. On a alors une couche d'ions positifs parallèle à la surface du métal. On a donc bien, sans rien faire, des ions Fe2+ "expulsés" mais qui restent à proximité du métal.
Quand on fait fonctionner la pile et à cause de la différence de potentiel des couples redox mis en jeu, des électrons du fer vont être attirés par le cuivre. On va ainsi libérer de plus en plus d'ions Fe2+ qui ne pourront plus rester près de la lame de fer et vont se disperser dans la solution de sulfate de fer.

[Chmiman]

J'ai bien compris le début , c'est très clair ! Mais à partir de : "Les charges négatives créées à la surface du métal maintiennent les ions Fe2+ à courte distance. On a alors une couche d'ions positifs parallèle à la surface du métal. On a donc bien, sans rien faire, des ions Fe2+ "expulsés" mais qui restent à proximité du métal." je ne comprends plus . Je reprends avec mes mots. Il y a donc une métal qui peut être considéré comme un ensemble un peu désordonné au niveau des charges et que celles ci se baladent où elles sont attirées en fait ! Apres , quand vous dites " charges négatives créées à la surface , je ne vois pas de quelle création vous parlez , à moins que vous vouliez dire " les charges négatives se trouvant proches de la surface " ?

Si je répète la dernière phrase , vous dites qu'un métal est constamment instable et qu'il se désagrège tout le temps mais c'est infinitésimal , et que au final si l'ion fe2+ part , C'est car on lui a enlevé deux électrons et que l'attraction est moins forte du fait d'avoir retiré deux charges , c'est comme cela qu'il faut raisonner ? Et que l'équilibre de " rétention " est rétabli à partir du moment où l'ion part du métal ?

J'ai l'impression de dire des choses cohérentes , mais en tout cas j'aimerais confirmation de votre part , et à vrai dire je pensais que dans un métal les atomes étaient arrangés strictement et les charges dans leurs positions relatives , meme sans parler de modèle de Rutherford, je pensais que les électrons d'un atome de cuivre formaient un nuage local et gardait une position relative , mais bon , si ce n'est pas comme cela et que votre explication permet d'expliquer la chimie , tant mieux !

[Lansberg]

Le métal est bien constitué d'un réseau bien ordonné. Pour visualiser un peu mieux, lire le II(1) de ce pdf : http://www.fsr.ac.ma/cours/chimie/jouhari/Chap2.pdf
Lorsqu'on met un métal dans un solvant ionisant, les ions positifs superficiels du métal vont passer en solution mais les électrons restent dans le métal (il n'y a pas d'électrons libres dans une solution). Pour faire simple, le métal présente alors un excédent de charges négatives ce qui maintient, par attraction électrique, les ions libérés, près de la surface du métal.
Dans le cas de la pile en fonctionnement, le fer va perdre des électrons libérant à ce moment de plus en plus d'ions fer dans la solution.

[Chmiman]

Donc "vous dites qu'un métal est constamment instable et qu'il se désagrège tout le temps mais c'est infinitésimal , et que au final si l'ion fe2+ part , C'est car on lui a enlevé deux électrons et que l'attraction est moins forte du fait d'avoir retiré deux charges" est plutôt une bonne façon de résumer ?

[Lansberg]

Donc "vous dites qu'un métal est constamment instable et qu'il se désagrège tout le temps mais c'est infinitésimal

Je n'ai jamais écrit ça.
J'ai seulement dit que les ions superficiels passaient dans la solution et restaient à proximité du métal formant une sorte de couche parallèle à la surface. C'est ce qui se produit quand on met un métal dans une solution ionique (je ne parle pas de la pile en fonctionnement).

et que au final si l'ion fe2+ part , C'est car on lui a enlevé deux électrons et que l'attraction est moins forte du fait d'avoir retiré deux charges" est plutôt une bonne façon de résumer ?

J'ai simplement tenté d'expliquer que dans le cas de la pile en fonctionnement, le fer perdant de plus en plus d'électrons, il y avait de plus en plus d'ions ferII libérés dans la solution (on aura un courant dans les solutions et le pont salin, les ions positifs se déplaçant dans un sens et les ions négatifs dans l'autre sens).

[Chmiman]

Oui, biensur , mais pourquoi les ions iraient davantage dans la solution quand les électrons partent, c'est ce que j'ai tenté d'expliquer ! Dire " les électrons partent donc de plus en plus d'ions passent en solution " n'explique en rien pourquoi ils le font davantage quand des électrons partent . Et je soumettais l'hypothèse que parceque des charges négatives disparaissent , l'attraction du métal vers cette couche parralele serait ducou plus faible , donc les ions de cette couche ont tendance à être attiré davantage par la solution en elle même !

[Lansberg]

Lorsque la pile fonctionne il y a bien un courant dans le circuit extérieur, produit par le déplacement des électrons libres. Non ??
Ce courant est égal à celui qui parcourt les solutions dans les deux demi-piles et le pont salin. Or, dans une solution, le courant est du aux déplacement des ions. Les ions positifs vont se déplacer dans un sens vers le cuivre et les ions négatifs, dans l'autre sens, vers le fer. Les ions Fe2+ n'ont pas d'autre possibilité que de quitter la lame de fer. Toujours l'interaction électrique à l'œuvre.

[Merlin95]

Bonjour,

Oui, biensur , mais pourquoi les ions iraient davantage dans la solution quand les électrons partent,

Il me semble que l'élément de réponse a été donnée plus haut :

les ions Fe2+ superficiels du métal tendent à passer dans la solution (par attraction électrostatique avec les ions du solvant)

mais @Lansberg vous ne semblez pas le reprendre dans votre explication précédente.

[Chmiman]

J'ai l'impression de tourner en rond autour d'une question simple ! Je la repose car j'ai beau lire les explications j'ai deux questions qui restent :

Vous parlez des ions positifs et négatifs , mais de quels ions parlez vous ?

Maintenant ce que je vois c'est que quand on fait une pile on met en contact des choses qui étaient à l'équilibre , sans réactions , et que un mécanisme se met en place ( mouvement des ions , mouvement des électrons ) et je demande comment les Fe2+ passent en solution , car je ne comprends pas le sens de votre dernier explication . C'est une explication du genre : Puisque deux électrons partent , les ions fe2+ superficiels sont moins attiré par la lame , et donc on tendance à se solubiliser , mais je ne pense pas que ce soit ça puisque quand un électron part , un ion passe en solution systématiquement , et je recherche à savoir comment , du côté du cuivre et du fer , les ions passent en solution , quelle force électrostatique les pousse vers la solution ou les attire vers le cuivre pour le cas du cuivre ! Je me répète et je le sais , mais je vous assure que je ne vois pas le rapport de votre reponse avec ma question , je comprends pas bien en tout cas .

[Lansberg]

vous ne semblez pas le reprendre dans votre explication précédente.

Ce phénomène est bien sûr toujours présent. En particulier le rôle des molécules d'eau dans la solvatation et la dispersion des ions.

[Chmiman]

Dans ce cas là , expliquez moi en quoi les électrons du fer décideraient de partir comme ça d'un coup ! Car si les ions fe2+ partent , c'est qu'il ne sont plus retenus assez par la lame de fer , mais quels éléments exercent une force sur cet ion fe2+ ? Il ne s'en va pas tout seul !

[Lansberg]

J'ai l'impression de tourner en rond

C'est un fait !

Vous parlez des ions positifs et négatifs , mais de quels ions parlez vous ?

La lame de cuivre plonge dans une solution de sulfate de cuivre composée d'ion Cu++ et d'ions SO₄-- (déjà expliqué plus haut à propos de l'équation de dissolution du sulfate de cuivre).
La lame de fer plonge dans une solution de sulfate de fer composée d'ion Fe++ et d'ions sulfate également.
Il y a bien des ions positifs et négatifs. Non ?
Le pont salin est lui-même composé de deux types d'ions (K+ et Cl- par exemple).
Tous ces électrolytes sont électriquement neutres (déjà expliqué).

C'est une explication du genre : Puisque deux électrons partent , les ions fe2+ superficiels sont moins attiré par la lame , et donc on tendance à se solubiliser , mais je ne pense pas que ce soit ça puisque quand un électron part , un ion passe en solution systématiquement ,

Quand la pile fonctionne, des ions Fe++ se forment au niveau du fer. On est d'accord.
Pour faire simple, la lame de fer, neutre au départ, perd des électrons et c'est comme si elle se chargeait positivement repoussant ainsi les ions Fe++ produits (des charges de même signe se repoussent).
(On pourrait compliquer en reparlant de la solvatation de ces ions par les molécules d'eau. Mais oublions ce phénomène.)
J'ai dit précédemment qu'il y avait un courant dans le circuit extérieur (les fils) du à la circulation des électrons libres. Ce courant est provoqué par la différence de potentiel (la tension) entre la demi-pile Cu++/Cu et celle de Fe++/Fe.
Cette tension est à l'origine d'un champ électrique qui met les charges en mouvement : les électrons dans les fils et les ions dans les solutions et le pont salin.
Le courant dans le circuit extérieur est égal au courant dans les solutions.

Dans une solution ionique parcourue par un courant, ce sont les ions qui se déplacent. Les ions positifs vont dans un sens (ici du fer vers le cuivre) et les ions négatifs dans le sens inverse (du cuivre vers le fer). On vient de voir que les ions Fe++ " fuyaient" la lame de fer.
Du côté de la lame de cuivre, des électrons en provenance du fer arrivent. C'est comme si le cuivre se chargeait négativement et attire à lui les ions positifs et en particulier les ions Cu++ qui vont récupérer leurs électrons pour redonner du cuivre métallique.

La neutralité des solutions est assurée par les ions du pont salin.

[Merlin95]

Ce phénomène est bien sûr toujours présent. En particulier le rôle des molécules d'eau dans la solvatation et la dispersion des ions.

Personnellement, je ne vois alors pas bien le rapport.

[Lansberg]

Personnellement, je ne vois alors pas bien le rapport.

J'ai juste évoqué la solvatation des ions à propos de la dissolution des solides ioniques comme ceux employés dans la réalisation de la pile et les ions d'un solvant (mais on peut s'en tenir à la polarité des molécules d'eau s'il n'y a pas d'autres ions) pour le phénomène superficiel qui se produit quand on plonge un métal dans l'eau ou une solution ionique, ce qui est à l'origine d'un potentiel d'électrode.

[Merlin95]

J'ai juste évoqué la solvatation des ions à propos de la dissolution des solides ioniques comme ceux employés dans la réalisation de la pile et les ions d'un solvant (mais on peut s'en tenir à la polarité des molécules d'eau s'il n'y a pas d'autres ions) pour le phénomène superficiel qui se produit quand on plonge un métal dans l'eau ou une solution ionique, ce qui est à l'origine d'un potentiel d'électrode.

J'ai dit cela en voulant dire que cette solvatation d'un métal dans une solution ionique n'est pas automatique (exemple ? : une plaque de cuivre plongée dans une solution de sulfate de zinc ne se "dissout" pas).

[Lansberg]

En effet, il n'y a pas de réaction redox entre le cuivre et l'ion zinc.
Ceci dit, le cuivre est mis en contact avec une solution aqueuse ionique et il se produira le phénomène de surface dont je parlais.

[Merlin95]

En effet, il n'y a pas de réaction redox entre le cuivre et l'ion zinc.
Ceci dit, le cuivre est mis en contact avec une solution aqueuse ionique et il se produira le phénomène de surface dont je parlais.

Pourtant, une solution aqueuse de sulphate de zinc est bien une solution aqueuse ionique et avec une lame de cuivre plongée dedans, il ne se passe rien, il me semble, comme dit précédemment.

[mach3]

Ben si, si on plonge une lame de cuivre dans solution de sulfate de zinc, il y a une part (très) marginale de cuivre métallique qui s'oxyde en ions cuivre II et une part (très) marginale d'ions zinc qui sont réduits en zinc métallique.
Il y a une constante (qui dépend des potentiels des couples) qui définit le rapport [Cu2+]/[Zn2+] à l'équilibre (elle est très très petite) et elle est obligatoirement respectée.
Donc, si on plonge une lame de cuivre dans du sulfate de zinc, il doit se former une petite part d'ion cuivre II, pour respecter le rapport defini par la constante.

A toutes fins pratiques, pour le chimiste, quand on plonge du cuivre dans du sulfate de zinc, il ne se passe rien, mais dans le détail, pour le physicien, il y a bien quelque chose qui se produit.

m@ch3

[Chmiman]

Re , j'ai de nouveau des questions !

Comment se fait il que les électrons ne puissent pas se trouver dans une solution seuls ?

et lorsque l'on a la réaction du clou dans du sulfate de cuivre , pourquoi les ions Fe2+ passent en solution et ne restent pas sur le clou , même si il a perdu 2 électrons ? Quelle raison fait que l'ion Fe2+ est poussé vers la solution et non pas resté sur le clou mais avec juste 2 électrons de moins ?

[Lansberg]

Comment se fait il que les électrons ne puissent pas se trouver dans une solution seuls ?

La durée de vie d'un électron en solution est très courte (quelques µs). Il réagit avec les molécules ou les ions présents dans la solution. Il y a plusieurs mécanismes qui dépendent du pH ou de la concentration des électrons en question.

et lorsque l'on a la réaction du clou dans du sulfate de cuivre , pourquoi les ions Fe2+ passent en solution et ne restent pas sur le clou , même si il a perdu 2 électrons ? Quelle raison fait que l'ion Fe2+ est poussé vers la solution et non pas resté sur le clou mais avec juste 2 électrons de moins ?

Réaction redox. Les électrons perdus par le fer sont récupérés par les ions Cu++ qui redonnent du cuivre qui se dépose sur le fer. Les ions Fe++ sont solvatés (s'entourent de molécules d'eau) et se dispersent dans la solution.

[Chmiman]

Ah donc pas de possibilité de cette situation : Le fer donne deux électrons au ion cuivre et donc le cuivre se forme sur le clou , là je comprends bien pourquoi le cuivre se forme sur le clou et pas ailleurs . Maintenant que le fer se retrouve lésé de 2 électrons , je m'imagine le clou avec à sa surface un atome de fer moins 2 électrons , comme si on faisait un zoom sur le clou et qu'on lui avait pris deux électrons mais cet ion fer moins deux électrons est solvaté , comme vous le dites , mais vous m'aviez dit plus haut que le clou pouvait se comporter comme un ensemble d'ions fe2+. Maintenant j'ai le droit de me demander pourquoi les ions surperficiels du clou ne sont pas solvatés avant cette réaction redox ?

Ah , je me sens tout Bloqué car j'essaye de tourner autour d'un truc et je vois que vous vous efforcez à bien m'expliquer ! Ma question porte vraiment sur le pourquoi les ions fe2+ sont solvatés et ne restent pas à côté du clou , bien que je comprenne que les molécules de la solution veulent solvater , mais voila , le fait que vous m'avez dit que le fer peut être considéré comme des ions bien en ordre , le doute s'installe .

[Lansberg]

Ah donc pas de possibilité de cette situation : Le fer donne deux électrons au ion cuivre et donc le cuivre se forme sur le clou , là je comprends bien pourquoi le cuivre se forme sur le clou et pas ailleurs .

C'est bien ce qui se passe !

Maintenant que le fer se retrouve lésé de 2 électrons ,....

Il les donne à l'ion Cu++. Et pour faire simple, on peut dire que pour que le fer reste neutre, il doit libérer un ion Fe++ dans la solution. Ou encore étant donné que deux charges négatives ont été cédées par le fer (à l'ion Cu++), il n'est plus neutre mais se retrouve avec un excédent de deux charges positives, soit un ion Fe++ qui passe en solution qui elle aussi retrouve par la même occasion sa neutralité après la perte de l'ion Cu++.

....mais vous m'aviez dit plus haut que le clou pouvait se comporter comme un ensemble d'ions fe2+.

Relire le pdf dont j'ai donné le lien. On considère un métal comme un réseau d'ions avec des électrons libres qui se baladent comme ils veulent dans ce réseau. L'ensemble est électriquement neutre.

[Chmiman]

Et on peut alors dire que si Fe2+ passe en solution c'est car le fer devenait positif et donc l'ion a été éjecté vers la solution en vertu de + repousse le + ? ( PS : Vous dites "pour faire simple " là où justement je cherche l'explication poussée ! Donc si vous avez une raison chimique meme compliquée du pourquoi le fer doit " libérer " un ion , n'hésitez pas je suis prêt à l'entendre justement !!

Maintenant, avec nos connaissances sur la chimie , sait t on pour quelles raisons le fer donne deux électrons au cuivre , ou encore pourquoi il y a des transferts d'électrons comme ça , sans raisons particulières ?

[Lansberg]

Maintenant, avec nos connaissances sur la chimie , sait t on pour quelles raisons le fer donne deux électrons au cuivre , ou encore pourquoi il y a des transferts d'électrons comme ça , sans raisons particulières ?

La réponse a déjà été donnée ( Potentiels redox ; méca quantique ; concentrations des espèces chimiques en jeu).

[Chmiman]

Ok ! Merci à vous et à votre patience ! Et merci pour le lien que j'avais pas compris avant ..

[Chmiman]

Cela dit Lansberg, je reviens une seconde sur votre reponse sur l'histoire de durée de vie d'un électron en solution . Vous dites sûil réagit avec des molécules , mais ducou , la solution n'est plus neutre , donc le problème est renversé ! Qu'il réagisse ou non la neutralité est pas respecté !

[Lansberg]

Relire mon message #51. C'est un sujet complexe.
Il y a des séries de réactions ultra rapides qui ne remettent pas en cause, au final, la neutralité de la solution.

[Chmiman]

Je comprends bien, mais avec mon niveau de première s je vois que si je rajoute un electron à quelque-chose de neutre , à moins d'expulser l'électron ou d'expulser une charge positive je ne vois pas comment même en Reagan géant les atomes il y a tant de charges positives et une charge négative en plus qui ne saurait se coupler avec une charge positive à moins de créer cette charge positive par magie ? Bon, c'etais juste pour faire un commentaire sur cela .