REACTIONS DE QUELQUES MATERIAUX AVEC L'AIR
1) Rappel
Au cours d’une réaction chimique, des matières appelées réactifs, disparaissent, et de nouvelles matières, appelées produits apparaissent.
Les atomes constituant les molécules des réactifs se séparent pour se regrouper d’une autre façon, formant les molécules des produits.
2) Réaction du fer dans l’air
2.1) 1e expérience
Consigne :
Observation :
1 : RAS
2 : le fer a rouillé.
3 : RAS
Conclusion :
Pour rouiller, le fer a besoin d’eau et d’air.
2.2) Quel(s) est (sont) le(s) gaz de l’air nécessaire à la formation de la rouille ?
Consigne :
Observation :
1 : l’eau est montée d’1/5 de la hauteur de l’éprouvette ; le fer a rouillé.
2 : l’eau est montée jusqu’en haut de l’éprouvette ; le fer a plus rouillé que dans l’éprouvette 1.
Conclusion :
Pour rouiller, le fer a besoin d’eau et de dioxygène.
Le dioxygène a disparu, de la rouille est apparue : il s’est produit une réaction chimique.
Bilan : fer + dioxygène + eau à rouille
Réactifs produits
Cette réaction avec le dioxygène s’appelle une oxydation. Elle conduit à la formation d’oxydes de fer.
Elle se produit lentement : c’est une oxydation lente.
La rouille est perméable, elle laisse passer l’eau et le dioxygène : elle ne protège pas contre une oxydation en profondeur. Elle n’adhère pas au fer.
Quand il y a formation de rouille avec l’eau et le dioxygène de l’air, on parle de corrosion.
2.3) Etude de document vidéo : le fer dérouille
3) Réaction de l’aluminium avec le dioxygène de l’air
Il y a oxydation lente de l’aluminium par le dioxygène de l’air. Il y a formation d’un oxyde d’aluminium appelé alumine.
Bilan : aluminium + dioxygène à alumine
L’alumine est imperméable, elle ne laisse pas passer le dioxygène : elle protège l’aluminium contre une oxydation en profondeur. Elle adhère à l’aluminium.
4) Les métaux peuvent-ils brûler ?
4.1) Le fer
Consigne :
On pèse du fer avant et après l’avoir brûlé.
Observation :
Le fer pèse moins lors que le produit de la combustion.
Le fer s’est transformé en un produit gris foncé.
Conclusion :
Il y a eu réaction du fer avec le dioxygène : il y a eu oxydation.
Il s’est formé un oxyde de fer appelé oxyde magnétique.
Bilan : fer + dioxygène à oxyde magnétique
Équation-bilan : 3 Fe + 2 O2 à Fe3O4
Nb d’atomes : 3 atomes de fer + 2 fois 2 atomes d’oxygène à 3 atomes de fer
4 atomes d’oxygène
Il y a conservation des atomes : il y a autant d’atomes de chaque sorte avant et après la réaction.
Il y a conservation de la masse : la masse totale des réactifs est égale à la masse totale des produits.
Cette réaction libère de l’énergie : on dit qu’elle est exoénergétique.
L’oxydation est d’autant plus facile que l’épaisseur de métal est faible : le métal doit être assez divisé.
Étude de document vidéo : le cycle de l’acier
4.2) Le cuivre
Consigne : on chauffe fortement une plaque de cuivre.
Observation : un produit noir apparaît.
Conclusion : le cuivre a réagi avec le dioxygène de l’air pour se former un oxyde de cuivre appelé oxyde de cuivre II. Il y a eu oxydation.
Bilan : cuivre + dioxygène à oxyde de cuivre II.
Equation-bilan : 2 Cu + O2 à 2 CuO
Le cuivre n’était pas suffisamment divisé pour que la réaction soit exoénergétique.
4.3) L’aluminium
Consigne : on brûle de la poudre d’aluminium dans une flamme.
Observation : il y a de la fumée blanche et des étincelles.
Conclusion : l’aluminium a réagi avec le dioxygène de l’air pour former un oxyde d’aluminium appelé alumine. Il y a eu oxydation.
La réaction est exoénergétique.
Bilan : aluminium + dioxygène à alumine
Equation-bilan : 4 Al + 3 O2 à 2 Al2O3
4.4) Le zinc
Consigne : on brûle de la poudre de zinc dans du dioxygène.
Observation : le zinc brûle vivement en donnant de la fumée blanche.
Conclusion : le zinc a réagi avec le dioxygène de l’air pour former un oxyde de zinc. Il y a eu oxydation. La réaction est exoénergétique.
Bilan : zinc + dioxygène à oxyde de zinc
Equation-bilan : 2 Zn + O2 à 2 ZnO
4.5) Étude de document : les feux d’artifice page 49
Exercices d’équilibration
5) Combustion des matériaux non métalliques
5.1) Les matériaux organiques naturels
Consigne : on brûle différents matériaux organiques naturels
Observation :
| Matériau organique naturel | Produit(s) mis en évidence | Test de ce(s) produit(s) |
| Bois | Carbone | Trace noire sur du papier |
| Propane (« gaz ») | Dioxyde de carbone | Précipité blanc dans l’eau de chaux |
| Sucre | Eau | Buée sur un verre froid |
| Tabac (cigarette = objet) | Cendres et goudrons | Dépôt marron sur un filtre |
Conclusion : les matériaux organiques naturels donnent des produits de combustion nombreux et variés.
5.2) Les plastiques
En brûlant, certains plastiques peuvent dégager des gaz corrosifs ou donner des gouttes enflammées. C’est pourquoi il est dangereux de brûler des plastiques sans précaution.
5.3) Le verre
Étude de document vidéo : les sorciers du verre
Le verre ne s’oxyde pas parce qu’il est déjà constitué d’un oxyde : l’oxyde de silicium ou silice entrant dans la constitution du sable.