Questions sur le fer

[QuestionsExistentielles]

Bonjour,

J'avais deux questions sur un élément chimique bien connu, le fer. Je me demandais d'une part simplement : le fer avec l'oxygène donne de la rouille, qui se propage au sein de la matière si on prend par exemple une bille, à contrario d'un élément qui formerait une couche d'oxyde protectrice qui protégerait de la corrosion. Je me demandais donc : les atomes d'oxygène arrivent à se frayer un chemin au travers de la matière pour aller au cœur de la bille de fer contrairement à une couche d'oxyde protectrice ?

Deuxièmement : si l'on suppose, à très long terme, que la matière se transforme en fer, élément chimique le plus stable. Du fer qui serait rouillé, les atomes d'oxygènes présents deviendraient à long terme du fer et la rouille disparaitrait et le fer redeviendrait du fer simple ?

Merci à vous
Bonne soirée
-----

[HellDrasil]

En réponse à votre première question, lorsqu'une pièce de fer est exposée à l'air et à l'humidité, l'oxygène et l'eau réagissent avec le fer pour former de l'oxyde de fer, communément appelé rouille. Contrairement à certains autres métaux, tels que l'aluminium et le cuivre, qui forment une couche protectrice d'oxyde qui ralentit la corrosion, l'oxyde de fer ne forme pas une couche continue sur la surface du fer et permet donc à l'oxygène et à l'eau de continuer à réagir avec le fer sous-jacent.

Pour répondre à votre deuxième question, la transformation à long terme de la rouille en fer métallique n'est pas possible car la réaction de la rouille est une réaction d'oxydation irréversible. Cela signifie que la réaction ne peut pas être inversée simplement en retirant l'oxygène de la rouille. Cependant, il est possible de retirer la rouille en utilisant des techniques de nettoyage ou en utilisant des produits chimiques qui dissolvent la rouille. Dans ce cas, le fer sous-jacent serait révélé.

[40CDV20]

Bjr,
Si globalement les explications satisferont le "curieux ordinaire", il reste matière à développer, l'origine, le fer stellaire, la grande oxydation, les bas-fourneaux géologiques qui conduisent au fer natif par réduction carbonée,..au-delà, tous les oxydes se valent ils ? quid des aciers à oxydation contrôlée tel le célèbre Corten,...etc
Surtout si le questionnement est existentiel !
Cdt

[Deedee81]

Salut,

Je viens de tilter sur la deuxième question qui n'est en fait pas du domaine de la chimie mais est de la physique. Mais d'abord une précision.

l'oxyde de fer ne forme pas une couche continue sur la surface du fer et permet donc à l'oxygène et à l'eau de continuer à réagir avec le fer sous-jacent.

Pour le dire autrement, la rouille de fer est poreuse.

Deuxièmement : si l'on suppose, à très long terme, que la matière se transforme en fer, élément chimique le plus stable. Du fer qui serait rouillé, les atomes d'oxygènes présents deviendraient à long terme du fer et la rouille disparaitrait et le fer redeviendrait du fer simple ?

Le fer n'est pas l'élément chimique le plus stable. Je ne suis même pas sur que la question ait un sens en chimie ?

Par contre le fer 56 est du point de vue nucléaire l'atome (ou plutôt) le noyau le plus stable car c'est pour lui que l'énergie de liaison entre nucléons est la plus forte. Par conséquent, aussi bien la fission (en le cassant car il n'est pas fissile) que la fusion de noyaux de fer consomme de l'énergie.

Ceci explique d'ailleurs que le fer soit un des éléments les plus abondants dans la nature. Il est le stade ultime de la fusion thermonucléaire au coeur des grosses étoiles. Et quand l'étoile explose (supernovae) elle disperse beaucoup de fer.

Pour les autres éléments plus légers (je bypasse ici les plus lourds et "l'érosion" nucléaire, mais c'est le même principe) leur fusion produit de l'énergie. Mais elle ne se produit pas facilement à cause de la répulsion entre noyaux. On sait combien il est difficile de fusionner du deutérium et du tritium (qui est la fusion la "plus facile") : Jet, Iter, etc.... Mais les noyaux peuvent franchir la barrière coulombienne par effet tunnel et fusionner.

Donc dans des milliards de milliards de milliards.... d'années tous les noyaux fusionneront (ou s'éroderont) et il ne restera que de la poussière de fer (et aussi des photons et neutrinos extrêmement dilués.... ceci en l'absence de big crunch et avec des protons stables.... on n'a pas de certitude).

Mais lorsque ça arrivera le soleil sera éteint depuis un paquets de lustres et même toutes les étoiles. Et même les trous noirs se seront évaporés. Restera plus grand chose.

Voilà, ça sort du cadre de la chimie mais ça répond j'espère à ta question.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Plus généralement, QuestionsExistentielles, essaie de bien séparer tes questions : chimie d'un côté, physique de l'autre, sinon les forums deviendraient anarchiques.
D'autant que j'ai failli ne pas voir ta question (bien que modérateur ici je ne viens pas souvent en chimie car je n'en suis pas du tout expert).

[Archi3]

#### Stop avec ChatGPT dans tous les fils où tu passes !

Et effectivement je pense qu'il y a une confusion sur la deuxième question, le primoposteur devait penser à la fusion thermonucléaire qui finit par produire du fer comme étant le noyau le plus stable ... mais évidemment elle ne se produit pas dans les conditions habituelles sur Terre (même la nucléosynthèse d'une étoile comme le Soleil ne dépasse pratiquement pas le stade du carbone et de l'oxygène).

[titijoy3]

il me semble qu'il y a une situation où le fer passe de l'état oxydé à l'état non oxydé et retour, peut être dans le sang ?

[QuestionsExistentielles]

Effectivement, ma deuxième question allait en ce sens, notamment sur une durée avec proton stable. Merci pour vos réponses. Neutrinos et photons dilués, poussières de fer ? Ces poussières de fer deviendront-elles toutes des neutrons ?

[Deedee81]

Salut,

Ces poussières de fer deviendront-elles toutes des neutrons ?

Si le proton est stable, non, ça restera juste de la poussière de fer.

Par contre si le proton est instable, celui-ci disparaitrait. Il ne resterait que des neutrons qui eux ne peuvent rester lier ensemble, ils se disperseraient et se transformeraient rapidement en quelques dizaines de minutes en protons qui eux aussi finiraient par se désintégrer. Mais on parle bien sûr d'une situation hypothétique dans la mesure où on n'a pas de certitude sur la manière dont évoluera l'univers dans des milliards de milliards d'années et on n'est pas sûr que le proton soit instable (d'après le modèle standard, il est stable. Ce n'est que la supersymétrie qui conduit à cette instabilité mais jusqu'ici les tentatives pour détecter une telle instabilité ont échoué et les tentatives pour valider la supersymétrie avec le LHC aussi ont échoué, le modèle le plus simple dit SUSY est invalidé mais d'autres modèles dont l'important SUGRA restent possible).

La transformation de protons en neutrons est beaucoup plus rare (c'est la radioactivité bêta plus, qui existe mais n'est pas la plus fréquente) car ça consomme de l'énergie. Par exemple, dans les étoiles à neutrons, la source de l'énergie est la forte gravité et surtout l'énorme compression que subit le coeur d'une supernovae lorsqu'elle explose. Les électrons et les protons "fusionnent" alors pour donner des neutrons.

[Archi3]

La transformation de protons en neutrons est beaucoup plus rare (c'est la radioactivité bêta plus, qui existe mais n'est pas la plus fréquente) car ça consomme de l'énergie.

Bah non si ça consommait de l'énergie, ça ne se produirait pas spontanément. La conversion d'un proton isolé en neutron consomme de l'énergie, mais en interaction avec d'autres nucléons dans un noyau, un système Z p + N n peut être moins stable que (Z-1)p + (N+1 )n (+1 e+) , c'est le cas quand il y a radioactivité beta+

[Deedee81]

Je reviens sur la remarque d'Archi3 plus haut. La question des évolutions stellaires est complexes et extrêmement riche. Le destin des étoiles est un sujet passionnant. Peut-être hors sujet ici mais je conseille à QuestionExistentielle si ça l'intéresse de se renseigner (wikipedia and cie) voire d'ouvrir un sujet dans le forum astrophysique

Bah non si ça consommait de l'énergie, ça ne se produirait pas spontanément. La conversion d'un proton isolé en neutron consomme de l'énergie, mais en interaction avec d'autres nucléons dans un noyau, un système Z p + N n peut être moins stable que (Z-1)p + (N+1 )n (+1 e+) , c'est le cas quand il y a radioactivité beta+

C'est pris au détriment de l'énergie de liaison, non ? (d'où le fait d'ailleurs que le noyau initial est moins stable). Je ne parlais évidemment pas d'énergie fournie de l'extérieur ! (désolé si ça été compris comme ça).

A tiens, il est de bon aloi de donner un exemple : le fluor 18 se transforme en oxygène 18 par bêta plus, en émettant un neutrino et un positron.

[Archi3]

oui bien sur c'est l'augmentation de l'énergie de liaison qui contrebalance l'augmentation de la masse des nucléons séparés (le neutron étant un peu plus lourd que le proton), mais la condition globale est bien que l'énergie totale du système doit diminuer (à noter que la masse des nucléons est aussi une "énergie de liaison" en quelque sorte).

[ecolami]

il me semble qu'il y a une situation où le fer passe de l'état oxydé à l'état non oxydé et retour, peut être dans le sang ?

Bonjour,
Contrairement a ce qui serait logique la fixation de l'oxygène sur le Fer II de l'hémoglobine se fait SANS passage par le Fer III. Quand on découpe une viande fraîche elle est de couleur rouge et au bout d'un moment elle change de couleur en surface et brunit: c'est a ce moment que le Fer II passe en Fer III.
Ce changement de couleur ne signifie pas que la viande ne puisse plus être mangée mais juste qu'elle est restée assez longtemps a l'air libre.