Méduse et corrosion galvanique

[inviteee5a5131]

Bonjour,
je suis nouveau, je ne fais que passer, car mes intérêts ne sont pas directement liés à la chimie. Je viens vous soumettre une question simple, qui devait être au programme de chimie quand j'étais encore au lycée, au début des années '80. Mais j'ai oublié tout cela.
Voilà:

Il s'agit là d'un barreau d'acier XC75 ( 0.75% de carbone et le reste en Fer)
Pour obtenir cet effet, j'ai fait l'opération suivante:
Le barreau est trempé dans un bain et est protégé pour que le produit n'attaque que là où le métal est à nu. La protection est pelée au fur et à mesure pour obtenir différentes profondeurs en fonction du temps laissé au contact du bain.
Le bain est simple: De l'eau salée (300g de sel dans 1 litre) et du courant électrique. Ici, un chargeur d'ordinateur ( 19V à 4.7A, soit 89.3W, pendant 5 minutes par motif, soit presque 27kJ à chaque passage.
Un des fils est fixé au bout d'acier, qui devient anode. L'autre est fixé à un barreau d'inox qui trempe aussi dans la solution.
Je suppose que j'ai l'équation suivante:

NaCl + 2H₂O + Fe +C --> H₂ + OH^- + NaOH + Fe²⁺ + Cl^-
Au passage, les atomes de carbone et ceux de fer sont donc arrachés, réagissent avec le chlore et donnent du chlorure de fer Fe₂Cl ou du perchlorure de fer Fe₃Cl.
Gros dégagement d'hydrogène à la cathode, le bain chauffe et passe par exemple de 15°C à 22°C en 10 minutes (pour un litre).

Les questions maintenant:
- Quelle est l'équation de la réaction entre le Fe et le Chlore? Il y aurait à la fois de la soude (NaOH) et de l'acide chlorhydrique dans la solution?
- Comment savoir si c'est du Fe₂Cl ou du Fe₃Cl?
- Comment récupérer le perchlorure de fer?
- Où est le Carbone?

Merci de votre aide pour répondre à ma curiosité.
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[inviteee5a5131]

Je ne sais pas comment éditer le précédent message. Est-ce qu'un modo saurait enlever la double image, et de fait enlever aussi ce message de demande de correction? Merci!

[moco]

Bonsoir,
Si je re comprends bien, tu fais de l'électrolyse d'une solution de NaCl avec une anode en acier et une cathode d'inox. Il se produit alors les deux réaction suivantes :
1) Cathode : 2 H2O + 2 e- --> H2 + 2 OH-. Et Na+ se déplace et s'accumule autour de la cathode pour neutraliser les ions OH- formés
2) Anode : Fe --> Fe2+ + 2 e-. Et Cl- se déplace et s'accumule autour de l'anode pour neutraliser les ions Fe2+ formés.
Les atomes de carbone ne réagissent pas chimiquement et forment un dépôt noir de carbone qui s'accumule peu à peu au fond du récipient.

Si on évaporait les deux solutions présentes près des électrodes au début de l'électrolyse, on trouverait, à part NaCl, NaOH à la cathode et FeCl2 à l'anode. Mais ce n'est pas Fe2Cl comme tu l'écris.

L'ennui, c'est que cette situation ne va pas durer, car les deux solutions d'anode (contenant Fe2+) et de cathode (contenant OH-) vont bientôt se mélanger. Et quand elles se mélangent, il va se produire une réaction chimique amenant la formation d'un précipité vert d'hydroxyde de fer(II) de formule Fe(OH)2.
Fe2+ + 2 OH- ---> Fe(OH)2

Mais cela se complique vite, car cet hydroxyde de fer(II) est très sensible à l'air et va très vite réagir avec O2 de l'air pour former de l'hydroxyde de fer(III) de formule Fe(OH)3, de couleur brune, et selon l'équation :
4 Fe(OH)2 + O2 + 2 H2O --> 4 Fe(OH)3

Donc tu n'apercevras jamais la formation de Fe2Cl et Fe3Cl, dont je tiens à préciser qu'ils n'existent pas, électrolyse ou pas. Le fameux perchlorure de fer dont tu parles n'est pas Fe3Cl, mais FeCl3, et cette dénomination de perchlorure date de la fin du 19ème siècle. Aujourd'hui, plus personne ne parle de perchlorure de fer. On l'a remplacé par chlorure ferrique ou chlorure de fer(III).

[inviteee5a5131]

Magnifique réponse, complète et précise. Merci moco!

Chimie amusante et créative.

J'ai effectivement constaté que le bain change de teinte, pour passer d'une couleur orange à verte sapin puis enfin marron. J'utilise une sorte de vase en verre conique. La création d'hydrogène le long de la cathode crée un flux de bulles qui, en plus de monter vers la surface, crée un tourbillon dans le bain et le fait se mélanger, d'où les réactions successives entre le fer et le chlore. Les températures sont différentes selon la profondeur de la mesure, plus chaud en surface.
J'ai utilisé du gros sel de cuisine. Il ne s'est pas dilué complètement dans l'eau, car j'étais pressé. Je suppose que si je faisais chauffer puis refroidir mon mélange, pour diluer au mieux le sel, l'eau serait plus saturée et le temps de réaction serait encore plus court?

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteee5a5131]

Et une autre question : pourquoi le chlore réagit-il exclusivement avec le fer et pas aussi avec l'ion hydrogène pour donner de l'acide chlorhydrique?

[moco]

Bonjour,
Je réponds à tes questions dans l'ordre.
1. La couleur vert sapin que tu as observé est celle de l'hydroxyde de fer(II), de formule Fe(OH)2. La couleur marron qui suit est celle de l'hydroxyde de fer(III) dans mon message numéro 3.
2. Il n'y a pas de réaction entre le chlore et le fer comme tu le crois.
3. la durée de la réaction ne dépend pas du fait que la solution d'eau salé est plus ou moins concentrée. Elle ne dépend que de l'intensité du courant qui traverse ta solution
4. Dans cette manipulation, il ne se forme pas de chlore élémentaire, donc le chlore ne réagit ni avec le fer ni avec l'hydrogène. Mais si jamais il se formait un peu de chlore, ce serait sur l'anode, et l'anode est en fer. Tandis que l'hydrogène se dégage sur la cathode. Donc le chlore ne peut pas réagir avec l'hydrogène. Sans compter que même si le chlore restait en contact avec H2, il n'y aurait pas réaction. Le mélange H2 + Cl2 est stable, et ne réagit qu'en présence de lumière ultra-violette.

[inviteee5a5131]

Merci à nouveau. Je ne sais pas pourquoi je persistais à vouloir que le chlore et le fer réagissent ensemble.
Tout est clair maintenant. Et je vais pouvoir économiser un peu de sel.