Réactions des matériaux avec quelques liquides |
Quels matériaux utilisons-nous pour emballer les liquides ? les matériaux réagissent-ils avec les solutions aqueuses acides ou basiques ? comment décaper les métaux ? |
Sommaire |
1. Attaque du fer par les acides
Les boissons sont conditionnées en canettes d'aluminium ou d'acier (99% de fer). Or, un test de conduction électrique montre que celles en acier sont recouvertes d'un vernis protecteur car elles ne conduisent pas le courant. Étudions le pourquoi de cette protection en attaquant du fer avec plusieurs acides.1.1 les transformations chimiques:
Tube 1 |
Tube 2 |
Tube 3 |
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de la laine de fer en petite quantité + acide chlorhydrique |
de la laine de fer en grande quantité + acide chlorhydrique |
de la laine de fer en petite quantité + acide sulfurique |
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après quelques moment d'attente.... | dégagement gazeux | important dégagement gazeux | dégagement gazeux | ||
au bout de quelques temps .... | Il n'y a plus de laine de fer. Si l'on rajoute d'autres brins, la réaction précédente recommence. |
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Il reste de la laine de fer mais il n'y a plus de dégagement gazeux. Si on rajoute un peu d'acide (acide chlorhydrique ou sulfurique) le dégagement reprend. | Il n'y a plus de laine de fer. | |
Que reste - il des réactifs de départ ?.... | Tout le fer solide a disparu, il reste de l'acide dans le tube. | Tout l'acide a disparu , il reste du fer solide dans le tube. | Tout le fer solide a disparu, il reste de l'acide dans le tube. |
conclusion: Dans chaque cas, c'est l'ion hydrogène H+, commun aux deux acides, qui réagit avec le métal. Si l'acide est en excès, c'est le métal qui disparaît totalement. Si c'est le métal qui est en excès, c'est l'acide qui disparaît totalement.
1.2 Identification des produits de la transformation chimique
1.2.1 quelle est la nature du gaz apparu ?
réfléchissons... La solution aqueuse d'acide contient: des ions hydrogène H+, des ions chlorure Cl- et des molécules d'eau ( molécules formées d'atomes d'oxygène et d'hydrogène), le métal fer est un empilement ordonné d'atomes de fer. Les gaz possibles qui peuvent se former après réarrangement des atomes à partir des réactifs peuvent être: du dioxygène(O2), du dihydrogène(H2), du dichlore(Cl2).
test du dioxygène | test du dichlore | test du dihydrogène | |||
test négatif: la bûchette au bout
incandescent ne se ravive pas
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test négatif: le papier imbibé d'iodure de potassium ne noircit pas | test
positif: on obtient le "pop" ou "aboiement"
qui caractérise la présence du dihydrogène.H2
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1.2.2 où sont passés les atomes de fer ?
réfléchissons... Le fer solide a disparu, le fer est dans la solution, les atomes ont perdus des électrons et sont devenus des ions.
Manipulation: On verse quelques gouttes d'hydroxyde de sodium (soude) dans la solution restante après l'attaque de l'acide. Il se forme un précipité vert foncé .
ion réactif | résultat | identification ion | |
ion hydroxyde OH- | précipité vert foncé | ion fer II (ou ion ferreux) Fe 2+ |
1.2.3 où sont passés les atomes de chlore et les molécules d'eau ?
Manipulation: On verse quelques gouttes de nitrate d'argent dans la solution restante après l'attaque de l'acide.. Il se forme un précipité blanc de chlorure d'argent qui peu à peu noircit à la lumière.
ion réactif | résultat | identification ion | |
ion argent Ag+ | précipité blanc qui noircit à la lumière | chlorure Cl- |
Manipulation: on verse quelques gouttes de la solution restante après l'attaque de l'acide, le sulfate de cuivre anhydre bleuit.
Nous admettrons que les ions chlorure et les molécules d'eau sont dans les mêmes proportions qu'au départ de la réaction.
1.2.3 tableau récapitulatif des corps formés ou restants après les transformations chimiques
Tests | test de l'aboiement | test à la soude | test au nitrate d'argent | test au sulfate de cuivre |
corps identifiés |
dihydrogène (gaz) H2
nouveau corps: produit |
ions ferreux (en
solution) Fe2+
nouveau corps: produit |
ions chlorure (en solution) | molécules d'eau (en solution) |
La solution aqueuse obtenue est une solution de chlorure de fer II . La solution est électriquement neutre, il faut que le nombre total de charges positives soit égal au nombre total de charges négatives et ceci sans modifier la formule des ions ! .... La formule est: Fe2+ + 2 Cl-
2. Bilan des transformations chimiques de l'attaque du fer par l'acide chlorhydrique
On utilise le modèle de la réaction chimique à l'état macroscopique en faisant le bilan avant réaction et après réaction.
2.1 Inventaire des réactifs et des produits
corps avant réaction: les réactifs | corps après réaction : les produits |
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réfléchissons..
2.2 Écriture de l'équation chimique
principe pour "ajuster" les nombres stchiométriques d' une équation chimique: les équations chimiques doivent satisfaire trois critères:
appliquons:.. Équation chimique de l'attaque du métal fer par l'acide chlorhydrique
Réactifs Produits
fer + acide chlorhydrique chlorure de fer II + dihydrogène
Fe + (H+ + Cl-) (Fe2+ + 2Cl-) + H2
"ajustage" des nombres stœchiométriques par le bilan des éléments | "ajustage" des nombres stœchiométriques par la conservation des charges |
Fe+(H+
+ Cl-) (Fe2+
+ 2Cl-) + H2
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Fe+(H+
+ Cl-) (Fe2+
+ 2Cl-) + H2
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Fe + 2 (H+ + Cl-) (Fe2+ + 2Cl-) + H2
Fe + 2H+ + 2Cl- Fe2+ + 2Cl- + H2
Les ions chlorure n'interviennent pas dans la réaction même s'ils sont indispensables pour que la solution soit électriquement neutre. Ce sont les ions "spectateurs". On peut donc simplifier l'écriture de l'équation en ne les mentionnant pas.
Fe + 2 H+ Fe2+ + H2 |
3. Réactions des acides et des bases avec d'autres matériaux
3.1 action de l'acide chlorhydrique sur le zinc
3.1.1 expérience
PRÉPARONS L EXPÉRIENCE | DÉCLENCHONS L EXPÉRIENCE | DÉCRIVONS NOS OBSERVATIONS | |
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Pour amorcer l'attaque, nous
plongeons la grenaille de zinc dans le tube contenant l'acide en
évitant les éclaboussures. On ferme le tube pour garder un éventuel
dégagement gazeux.
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tests de reconnaissances des produits formés
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Nous observons Le Zinc a disparu et est passé en solution, l'acide a disparu et du dihydrogène est apparu Or nous savons que la disparition des corps de départ (réactifs) et l'apparition de nouveaux corps (les produits) sont dues à une réaction chimique donc nous en déduisons que l'attaque du zinc par l'acide chlorhydrique est une réaction chimique dont les produits sont du dihydrogène et du chlorure de zinc. |
3.1.2 écriture de l'équation chimique de l'attaque de l'acide chlorhydrique sur le zinc:
Réactifs Produits
Zinc + acide chlorhydrique chlorure de zinc + dihydrogène
Zn + (H+ + Cl-) (Zn2+ + 2 Cl-) + H2
Zn + 2 (H+ + Cl-) (Zn2+ + 2 Cl-) + H2
Zn + 2 H+ + 2 Cl- Zn2+ + 2 Cl- + H2
Zn + 2 H+ Zn2+ + H2 |
Les observations et les conclusions seraient de même nature en remplaçant le zinc par de l'aluminium (Al).
2 Al + 6 H+ 2Al3+ + 3H2 |
Tous les métaux et alliages ne sont pas attaqués par les tous les acides. L'or (Au), l'argent (Ag) le cuivre (Cu).. ne réagissent pas avec l'acide chlorhydrique par contre peuvent réagir avec d'autres solutions ainsi, le cuivre réagit avec l'acide nitrique. | aucune réaction entre l'acide chlorhydrique et de la tournure de cuivre | |
réaction entre l'acide nitrique et de la tournure de cuivre avec production d'un gaz roux, la solution devient bleue (présence d"'ions cuivre). Cette réaction est utilisée par la gravure sur cuivre dite à "l'eau forte" |
3.2 action de la soude sur l'aluminium
3.2.1 expérience
PRÉPARONS L EXPÉRIENCE | DÉCLENCHONS L EXPÉRIENCE | DÉCRIVONS NOS OBSERVATIONS | |
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Pour amorcer l'attaque, nous
versons la base sur la poudre d'aluminium. On ferme le tube pour
garder un éventuel dégagement gazeux.
La réaction est lente au démarrage mais peut s'emballer....
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tests de reconnaissances des produits formés
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Nous observons L'aluminium a disparu et est passé en solution , la base a disparu et du dihydrogène est apparu Or nous savons que la disparition des corps de départ (réactifs) et l'apparition de nouveaux corps (les produits) sont dues à une réaction chimique donc nous en déduisons que l'attaque de l'aluminium par l'hydroxyde de sodium est une réaction chimique dont les produits sont du dihydrogène et de l' aluminate de sodium . |
3.2.2 écriture de l'équation chimique de l'attaque de l'hydroxyde de sodium sur l'aluminium:
Réactifs Produits
aluminium + hydroxyde de sodium aluminate de sodium + dihydrogène
La soude ne réagit que peu ou pas du tout avec les autres métaux.
3.3 Inertie chimique de certains matériaux non métalliques
avantages: Les produits chimiques sont contenus dans des récipients en verre ou en plastique car ce sont des matériaux qui ne réagissent pas en général avec les solutions acides ou basiques. De même cette propriété va être utilisée dans le domaine de l'emballage car les aliments et les boissons sont souvent acides alors que les produits ménagers sont basiques. Lorsque le choix d'un emballage métallique est fait (canettes, boîte de conserves ...), le métal doit être obligatoirement protégé!.
Les blouses de chimie ne sont pourtant pas en nylon (polyamides) car cette matière provoque des gouttes lors de sa combustion ( tableau) et est attaquée par les solutions acides!.
inconvénients: Le verre ou le plastique sont des matériaux qui sont difficilement décomposés par les micro-organismes: ils ne sont pas biodégradables. Cette propriété va être une cause de pollution durable, car abandonné dans la nature, ils ont une longue vie même si certaines matières plastiques se dégradent très lentement dans l'atmosphère....
Le recyclage | est donc impératif!... |
Réactions des matériaux avec quelques liquides |