Questions sur l'oxydoréduction et le métal

[QuestionsExistentielles]

Bien le bonjour ! Voilà, je me posais des questions concernant le phénomène d'oxydoréduction.

Concrètement un métal s'oxyde en présence d'oxygène. Mais mes questions vont porter sur le fait de chauffer un métal. Si l'on chauffe un métal, il a tendance également à s'oxyder. Le métal en lui-même a un point de fusion et d'ébullition. L'oxyde en a également ou alors il se décompose.
Première question : l'oxyde, lorsque le métal est chauffé, se forme pendant qu'on le chauffe ou une fois qu'on a "terminé" de le chauffer ? Il me semble que certains métaux commencent à s'oxyder à une température donnée ?

Deuxième question : une fois oxydé, si on veut se enlever l'oxyde et retrouver le métal, donc jouer sur le transfert d'électrons, est-ce que l'on va retrouver toute la masse de notre métal de base ? Par exemple si on brosse le métal, forcément de la matière va se séparer, mais peut-on restituer la matière totale telle qu'elle était avant l'oxydation ? Retrouver tout notre métal métallique sans oxydation, si l'on prend l'exemple d'une bille de métal, retrouver notre bille telle qu'elle était sans aucun changement ? Ou de la matière aura-t-elle été nécessairement séparée de cette bille ?

Dernière question : Si les points de fusion et d'ébullition de l'oxyde, qui n'était pas présent à la base, sont inférieurs à celui du métal sous forme métallique, si l'on prend par exemple une bille d'un métal, il va s'oxyder en surface en premier lieu, mais si l'on continue de chauffer cette bille à une température d'ébullition inférieure à celle du métal métallique mais supérieure à celle de l'oxyde (et donc suffisante pour évaporer l'oxyde mais non le métal), je suppose que l'oxyde va s'évaporer sauf s'il n'est créé qu'à la fin du processus de chauffe, et donc ainsi le métal va à nouveau produire une couche d'oxyde en surface, qui à son tour va s'évaporer et ainsi de suite ? Et donc le métal pourrait s'être évaporé sans jamais avoir atteint finalement son point d'ébullition à lui car transformé progressivement par couches successives d'oxyde (ou non si l'oxydation se propage à l'intérieur) avec un point de fusion et d'ébullition à la forme métal métallique ?

Admettons une bille d'un métal avec point de fusion à 1500°C et point d'ébullition à 3000°C, et un oxyde formé en le chauffant avec un point de fusion à 1000°C et point d'ébullition à 2000°C. Si on chauffe le métal à 2000°C et que l'oxyde apparait (probablement avant), si on chauffe pendant longtemps à 2000°C, les 3000°C du métal métallique ne sont pas atteints en revanche les 2000°C de l'oxyde le sont et si l'oxyde se forme pendant le processus de chauffe, tout le métal sera transformé progressivement en oxyde (par couches, qui s'évaporent une par une? par progression vers l'intérieur de la bille du métal ?) et finira évaporé à 2000°C ?

J'espère avoir été le plus clair possible dans mes questions.

Merci d'avance pour vos réponses !
Bon après-midi à vous tous !
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[moco]

Tes questions sont claires. mais elles n'ont pas de réponse unique. Tout dépend du métal considéré. Ce n'est pas parce qu'un métal s'oxyde en chauffant qu'un autre métal fera de même. Chaque métal est différent.

Réponse à ta première question. La plupart des métaux commencent à s'oxyder à température ambiante. Exception : l'or, le platine. Mais certains métaux ne s'oxydent que très lentement. Le cuivre, l'étain, le zinc, le plomb et l'argent peuvent mettre des mois avant que la couche d'oxyde formé soit visible. Certains métaux se recouvrent d'une très fine couche protectrice d'oxyde mince et invisible, comme le nickel, le chrome et l'aluminium. Certains métaux ne s'oxydent qu'en présence d'eau ou d'humidité, comme le fer. Certains métaux s'oxydent à l'air si vite qu'on ne parvient à observer leur aspect gris métallique que pendant quelques secondes. Exemple : le sodium. La formation d'une couche d'oxyde grise - blanche est très rapide. On ne parvient à les conserver que recouvert d'une couche de pétrole.

Deuxième question. Si on veut éliminer la couche d'oxyde par frottement, le métal résiduel sera plus léger. Si on veut transformer la couche d'oxyde en métal en enlevant l'atome d'oxygène qu'elle contient, on obtiendra une poudre de métal qui n'adhérera pas au morceau de métal sous-jacent. Et il n'y a pas de technique générale pour faire cette désoxydation. On peut souvent utiliser le gaz Hydrogène H2, qui arrache les atomes d'oxygène des oxydes de cuivre, d'étain, d'argent. Mais cela ne marche pas pour les oxydes d'aluminium, de zinc et de sodium.

Dernière question : Là encore il n'y a pas de réponse générale. Chaque métal a ses particularités. Et je ne connais pas de métal dont les points de fusion et d'ébullition du métal et de l'oxyde soient conformes à ta demande.

[QuestionsExistentielles]

Bonjour,

Tout d'abord, merci beaucoup d'avoir pris le temps pour me répondre. Donc on peut bien récupérer le métal métallique, il revient sous la même forme de métal mais en poudre c'est bien ça ?
Cette poudre de métal qu'on obtient en enlevant les atomes d'oxygène, si on voulait la faire à nouveau adhérer au métal il faudrait chauffer fortement le métal et la poudre pour réunifier les deux ? Cette poudre, anciennement oxyde, ne va pas se réoxyder durant le processus de chauffe ?

Pour la dernière question, je propose que nous reprenions les exemples du cuivre et du platine que tu as donné.

Le cuivre a un point de fusion de 1084,62°C et un point d'ébullition de 2562°C.
Si on chauffe le cuivre à l'air libre, on peut former de l'oxyde de cuivre(II) de formule CuO avec un point de fusion de 1326°C et un point d'ébullition de 2000°C, mais apparemment lors de ce processus se formera également de l'oxyde de cuivre(I) de formule Cu2O (je n'arrive pas à mettre le 2 en plus petit caractère), cet oxyde là avec un point de fusion de 1232°C et aurait un point d'ébullition de 1800°C mais se décompose avant apparemment. Dans les deux cas, les points d'ébullition sont plus bas que celui du cuivre métallique de 2562°C.

Le platine, lui, a un point de fusion de 1768,2°C et un point d'ébullition de 3825°C. À haute température (600°C), le platine réagit avec le dioxygène de l'air et forme l'oxyde de platine (IV) de formule PtO2 avec un point de fusion de 450°C et un point d'ébullition pour lequel je n'arrive guère à trouver d'informations, il semblerait que cet oxyde soit volatil, et je viens de tomber sur cet article à l'instant : https://www.metallurgical-research.o...65311p809.html

Comment ça se passe, dans le cas du cuivre on a la température d'ébullition qui est inférieure et dans le cas du platine où l'oxyde est volatil (donc même si la température d'ébullition n'est pas donnée elle ne doit pas être bien élevée), si on chauffe à 2000°C le cuivre on atteint la température d'ébullition des oxydes mais pas du cuivre métallique, et si on prend la même température pour le platine (on est loin de sa température d'ébullition mais l'oxyde doit avoir une température bien plus basse), et probablement bien moins, que se passe-t-il ? Le cuivre et le platine se seront-ils évaporés car transformés en oxydes qui se seront évaporés ? Sans du coup jamais avoir atteint la température d'ébullition du cuivre et du platine ?

D'avance à nouveau, merci bien pour les réponses !
Bonne fin d'après-midi et bon week-end !

[moco]

A ma connaissance, le platine ne s'oxyde pas à quelque température que ce soit. Ou s'il le fait, ce doit être avec un extrême lenteur, bien plus lentement que le cuivre ou le fer, lesquels s'oxydent lentement à l'air. En effet, on utilise les creusets de platine pour analyser les silicates naturels, qui sont insolubles dans tous les réactifs courants. Je l'ai fait souvent en classe ou au labo. On chauffe un mélange de silicate et de soude Na2CO3 dans un creuset de platine à l flamme d'un bec Bunsen pendant 20 à 30 minutes. On laisse refroidir et on traite le mélange obtenu par HCl. Il n'y a jamais la moindre attaque du creuset de platine. On le récupère intact pour un opération ultérieure.
Pour moi, l'oxyde de platine se forme à partir de composés de platine et pas à partir de platine métallique.
Je ne sais donc pas comment répondre à ton problème.

[A voir en vidéo sur Futura]

[40CDV20]

Bjr,
Effectivement, ce n'est pas sans intérêt. Je pense que pour le platine non allié Moco a tout dit ou presque.
Pour l'essentiel, ce dont il est question relève de la corrosion chimique (c'est l'appelation officielle), c'est à dire la corrosion sèche à haute température (>/= 450°C) en atmosphère oxydante. Bien entendu, il convient de nuancer cette grandeur selon que l'on traite d'alliages d'aluminium ou d'alliages réfractaires à base de nickel. Typiquement, le champ d'application est le domaine des turbines et turbomoteurs.
Je n'ai jamais lu la moindre ligne quant à une étude traitant du comportement du platine pur, mais il existe un alliage de référence, sorte d'étalon, le "Pt30-Ni70" ou selon l'écriture métallurgique Afnor "N70 Pt30".
Pour trouver de la documentation il faut s'interesser aux travaux de Pilling & Bedworth (dans les années 25/30) qui ont permis de poser les lois générales de l'oxydation. Il conviendra de considérer également les travaux plus récents de Wagner.
Par ex. axes de recherche : Lois de l'oxydation selon P & B, coefficients PBR 1/2/3 (qui permettent la caractérisation fine des couches d'oxydes), théorie de Wagner,...etc
De mémoire, donc à valider, ce coefficient se pose de la façon suivante : PBR 1/2/3 =Vox/xVmet (volume molaire de l'oxyde et du métal, x étant le nb d'atomes de métal dans une molécule d'oxyde)
Cdt

[40CDV20]

appellation, c'est mieux !

[QuestionsExistentielles]

Bonjour à vous, et merci pour vos réponses !

Effectivement, je parle bien du platine non allié. Pour avoir les caractéristiques du métal en question et pour bien comprendre le phénomène.

Pour l'oxydation du platine à 600°C, ma source est ici : https://www.techno-science.net/gloss...ne-page-3.html
On peut y lire : "À haute température (à partir de 600 °C), il réagit avec le dioxygène de l'air pour former un oxyde volatil (PtO2)".
Mais du coup vu que cet oxyde a un point de fusion de 450°C et s'il est volatil, qu'il apparait à 600°C, aussitôt apparu, il fond ? Voire s'évapore vu qu'il est volatil si on est à un peu plus de 600°C (n'ayant pas trouvé son point d'ébullition mais juste qu'il était volatil, ayant donc par définition un point d'ébullition bas) ?

À nouveau merci pour vos réponses et votre intérêt pour mes questions !
Je vous souhaite un bon après-midi !

[QuestionsExistentielles]

Parce que si oui, ça voudrait dire théoriquement qu'il y a oxydation puis évaporation puis à nouveau oxydation et à nouveau aussitôt évaporation de l'oxyde et ainsi de suite jusqu'à évaporation de notre platine si l'on reste à le chauffer pendant un certain temps, hors comme dit Moco un peu plus haut lorsqu'il a travaillé avec du platine, le platine n'avait rien.

[40CDV20]

Bjr,
Je viens de jeter un coup d'œil sur un aide mémoire Dunod (années 80) traitant de chimie minérale. Il est fait état de deux oxydes de Pt, PtO (oxyde II) de couleur noir-violacé, sans température de fusion mesurée étant donné qu'il se décompose à +550°C. Quant au second PtO2 (oxyde IV), de couleur noire, avec température de fusion annoncée à +450°C sans température d'ébullition.
S'il y a formation d'un oxyde bien identifié (*) il y a nécessairement consommation et perte de masse de Pt°. Si ça n'était pas le cas il faudrait qu'il y ait une réduction quasi simultanée de l'oxyde, mais par quel processus.
Qu'entend t-on exactement par décomposition ?
*je suppose que toutes ces données résultent de manips exécutées en enceinte thermique à atmosphère contrôlée et non au dessus d'un simple bec Bunsen posé sur une paillasse
Cdt

[QuestionsExistentielles]

Hey,

Et moi en faisant des recherches je suis tombé sur ce lien, que Moco avait commenté il y a un moment, où il dit quelque chose d'intéressant :
https://forums.futura-sciences.com/c...tine-pure.html

Moco quand tu dis "Si on veut transformer la couche d'oxyde en métal en enlevant l'atome d'oxygène qu'elle contient, on obtiendra une poudre de métal qui n'adhérera pas au morceau de métal sous-jacent."
Dans le lien tu dis également qu'on obtient de la poudre de platine.

Concrètement, à chaque fois qu'on veut enlever les atomes d'oxygène d'un oxyde pour le transformer en métal, on se retrouve avec le métal sous forme de poudre c'est bien ça ? De manière générale je veux dire quelque soit la manière "d'arracher", pour reprendre ton terme, les atomes d'oxygène des oxydes, que ce soit avec de l'hydrogène ou autre, ça nous donnera la poudre du métal en question c'est bien cela ?

Merci à vous !
Bonne soirée !

[Tawahi-Kiwi]

Le cuivre a un point de fusion de 1084,62°C et un point d'ébullition de 2562°C.
Si on chauffe le cuivre à l'air libre, on peut former de l'oxyde de cuivre(II) de formule CuO avec un point de fusion de 1326°C et un point d'ébullition de 2000°C, mais apparemment lors de ce processus se formera également de l'oxyde de cuivre(I) de formule Cu2O (je n'arrive pas à mettre le 2 en plus petit caractère), cet oxyde là avec un point de fusion de 1232°C et aurait un point d'ébullition de 1800°C mais se décompose avant apparemment. Dans les deux cas, les points d'ébullition sont plus bas que celui du cuivre métallique de 2562°C.

L'eutectique Cu-Cu₂O est une dizaine de degres en dessous du point de fusion du cuivre pur (~1070ºC). Tu ne peux pas vraiment considerer les differentes phases separemment, surtout lorsque l'un est quasi en phase liquide et que le systeme est ouvert a l'apport d'oxygene.


Source: Ribeiro

T-K

[QuestionsExistentielles]

Hello,

D'accord pour le cuivre Tawahi-Kiwi, effectivement les points sont assez proches effectivement. En revanche, je ne sais pas lire le tableau que tu as envoyé. Mais je comprends ce que tu veux dire, quand c'est très proche c'est compliqué de "dissocier" et ça s'entend.
Pour le platine, 40CDV20 je vais me permettre de revenir sur ce que tu as dit, j'avais peut-être mal lu l'autre fois :
Il est fait état de deux oxydes de Pt, PtO (oxyde II) de couleur noir-violacé, sans température de fusion mesurée étant donné qu'il se décompose à +550°C. Quant au second PtO2 (oxyde IV), de couleur noire, avec température de fusion annoncée à +450°C sans température d'ébullition.
S'il y a formation d'un oxyde bien identifié (*) il y a nécessairement consommation et perte de masse de Pt°. Si ça n'était pas le cas il faudrait qu'il y ait une réduction quasi simultanée de l'oxyde, mais par quel processus.

Quand tu dis il y a nécessairement consommation et perte de masse de platine, c'est car il devient l'oxyde identifié et n'est donc plus du platine ? Ou tu veux dire que cet oxyde s'évapore immédiatement et que c'est ça la consommation et la perte de masse ?

D'avance merci

[Tawahi-Kiwi]

D'accord pour le cuivre Tawahi-Kiwi, effectivement les points sont assez proches effectivement. En revanche, je ne sais pas lire le tableau que tu as envoyé. Mais je comprends ce que tu veux dire, quand c'est très proche c'est compliqué de "dissocier" et ça s'entend.

C'est un diagramme de phase. Dans de tres nombreux cas, le mélange de deux phases (ici, le cuivre et son oxyde) donne un point de fusion plus bas que ces deux composés pris separement. Un exemple de tout les jours est l'eau salée. L'eau pure fond a 0ºC, le sel fond a 800ºC, et pourtant l'eau salée fond (au pire) a -21ºC.

T-K

[QuestionsExistentielles]

D'accord, merci T-K, je ne savais pas et effectivement le cuivre et son oxyde ont des points plus proches que le platine et je comprends bien ce que tu veux dire. Mais du coup pour le platine qu'en est-il ? Consommation et perte de masse de platine d'accord mais contre quoi ? Création de l'oxyde PtO2 ? L'oxyde de platine lui que devient-il ? S'évapore-t-il instantanément ? J'aimerais comprendre car pour le coup le platine et son oxyde PtO2 ont des points bien différents et comme disait Moco quand il utilisait du platine ce dernier n'était pas attaqué !

Merci à vous !
Bon après-midi