Oxydation

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Pièce métallique oxydée d'une fontaine

Dans le langage courant, l'oxydation est la réaction chimique dans laquelle un composé se combine avec un ou plusieurs atomes d'oxygène. Comme par exemple l'oxydation du fer qui produit la rouille (hématite) :

4Fe + 3O₂ → 2 Fe₂O₃.

D'une façon plus générale, en chimie, l'oxydation est la réaction dans laquelle un corps ou une espèce chimique perd un ou plusieurs électrons.

Fe²⁺ → Fe³⁺ + e^-

Ce don d'électrons ne se produit que s'il existe un corps susceptible de les accepter. Le phénomène inverse ( acceptation des électrons ) est appelé la réduction.

En fait, l'oxydation d'un corps s'accompagne toujours de la réduction d'un autre (les électrons ne peuvent pas se balader tout seuls et sont nécessairement captés), on parle d'une réaction d'oxydo-réduction. L'oxydation est une demi-réaction de l'oxydo-réduction, et la réduction est l'autre demi-réaction.

Les réactifs capables de recevoir un ou plusieurs électrons et qui sont donc capables de participer à une réaction d'oxydation sont appelés oxydants. Les réactifs capables de donner un ou plusieurs électrons sont appelés réducteurs.

Dans une réaction redox (abréviation commune pour dire réaction d'oxydo-réduction), le corps réducteur qui donne ses électrons voit son degré d'oxydation augmenter, et le corps oxydant qui accepte les électrons voit son degré d'oxydation diminuer :

Dans le cas le plus simple, celui des éléments, ce degré d'oxydation est tout simplement la charge électrique des ions formés à partir de l'élément :

dans les deux exemples précédents, le fer a été présenté sous ses 3 formes d'oxydation usuelles : Fe de degré O , Fe²⁺ de degré II , Fe³⁺ de degré III ( conventionnellement cela est noté en chiffres romains).

L'oxygène a essentiellement deux degrés d'oxydation : le dioxygène O₂ de degré O et l'anion oxygène-réduit O^2- de degré d'oxydation -II .

Si l'on reprend l'exemple de la formation de la rouille, les deux demi-réactions s'écrivent :

Fe → Fe³⁺ + 3e^- ;

O₂ + 4 e^- → 2 O^2-

Équilibrer la réaction redox , c'est combiner linéairement ces 2 demi-réactions de manière que le nombre d'électrons donnés soit exactement le nombre d'électrons acceptés : on dit que la réacton redox est un échange strict d'électrons (thermodynamiquement favorable). Dans le cas présent , il s'agit donc de trouver le plus petit commun multiple de 3 et de 4 soit 12 , de manière à avoir un bilan d'échange strict : il faut donc combiner 4 fois la première demi-réaction ( le fer va fournir 12 électrons) avec 3 fois la seconde demi-réaction ( le dioxygène va accepter 12 électrons) , soit :

4Fe + 3O₂ → 4 Fe³⁺ + 6 O^2-

Ceci constitue l'échange d'électrons qui constitue le phénomène redox.

Ensuite , il se produit une attraction électrostatique : les charges positives et les charges négatives s'attirent et se disposent de manière à former un cristal ionique neutre :

4 Fe³⁺ + 6 O^2- =  2 Fe₂O₃

Attention, ceci n'est pas une réaction chimique à proprement parler, mais une simple réécriture correspondant à l'attraction statique dans le cristal ionique, appelé hématite!

Dans la nature où l'atmosphère est oxydante pour la plupart des composés (l'air contient beaucoup de dioxygène, environ 20%), on trouve donc de l'hématite comme minerai : la métallurgie du fer caractérise l'Âge du Fer, cette date à partir de laquelle l'Homo sapiens sapiens a su (sans bien comprendre, bien sûr) effectuer, a contrario la réduction de l'hématite en fer, c'est à dire le passage de Fe III à Fe (donc une réduction) gràce à un corps susceptible de donner des électrons très facilement, c'est le monoxyde de carbone CO, à la chaleur des hauts-fourneaux, qui va s'oxyder (demi-réaction) en dioxyde de carbone CO₂, tout en réduisant (l'autre demi-réaction) l'hématite à l'état de fer Fe.

Enfin, l'eau est omniprésente dans notre biosphère, et elle dissout l'oxygène : la corrosion humide du fer en rouille est particulièrement rapide. L'industrie ne cesse de chercher des produits anti-corrosion pour éviter ou retarder cette nocivité.

Un bon moyen mnémotechnique : un oxydant comme l'oxygène est comme un moustique, comme un shadok qui POMPE, qui suce , qui avale, qui "slurpe" les électrons : un oxydant est un slurpeur d'électrons : il les prend aux corps qu'il va donc oxyder ( ces corps qui se font piquer leurs électrons s'appellent des réducteurs); les corps issus du vivant (bois, papier, peau, viande , beurre ...)sont plutôt réducteurs et donc sont sensibles à l'omniprésence de l'oxygène de l'air : ils s'oxydent, i.e se font pomper leurs électrons.

Dernière remarque: O^2- en mileu humide capte immédiatement une molécule d'eau , on préfère l'écrire comme 2 OH^- , ceci est une affaire de convention.

Rappelons enfin qu'en chimie l'essentiel des réactions consiste en cet échange d'électrons. L'autre grande classe de réactions est celle des réactions avec échange de protons , dite réaction acido-basique