- Pourquoi l’acier des boîtes-boissons ou des boîtes de
conserves ne rouille-t-il pas ?
- Pourquoi l’aluminium exposé à l’air conserve-t-il son
aspect brillant ?
I Corrosion des métaux à l’air libre
Expérience
Observons quelques échantillons de métaux laissés à l’air libre puis
décapons-les en les frottant avec du papier de verre. on peut alors
faire les observations suivantes:
Métal |
Symbole chimique |
Aspect superficiel avant décapage |
Aspect superficiel après décapage |
Cuivre (métal « rouge ») |
Cu |
Terne, vert de gris |
Orange (rouge) brillant |
Fer (seul métal gris attiré par un aimant parmi ceux
cités ici) |
Fe |
Marron-orangé: le fer est rouillé |
(éclat métallique)
Gris brillant |
Aluminium (métal gris de faible masse volumique) |
Al |
Gris terne |
(éclat métallique)
Gris brillant |
Zinc (métal gris de masse volumique supérieure à celle
de l’aluminium) |
Zn |
Gris foncé, terne |
(éclat métallique)
Gris brillant |
Conclusion
Action chimique l’air libre sur les métaux:
Lorsqu'ils sont laissés à l'air libre, les métaux subissent une
altération nommée corrosion.
- Pour des métaux tels que le zinc (Zn), l'aluminium (Al) et
le cuivre (Cu), la corrosion reste superficielle et n'entraîne pas la
destruction complète du métal. Ces métaux peuvent être utilisés à
l'extérieur sans traitement spécial. Exemples: bateaux en aluminium,
gouttière en zinc, gouttière en cuivre.
- Pour un métal tel que le fer (Fe), la corrosion, qui se
traduit par la formation de rouille, peut se poursuivre jusqu'à
destruction complète du métal.
Remarques:
- Dans le cas du cuivre, la corrosion transforme le cuivre en
« vert-de-gris » substance très toxique : les casseroles en cuivre
doivent être décapées avant utilisation..
- De même l’oxyde de zinc formé par corrosion est également
toxique pour l’Homme. C’est pour cela que ces métaux ne sont
pas utilisés dans l’emballage alimentaire.
II Etude de la corrosion du fer : La rouille
1 Rappel: composition de l'air
L'air contient 1/5 de dioxygène et 4/5 d'azote, alors lequel de ces
deux gaz est responsable de la corrosion?
2 Conditions de formation de la rouille
La formation de rouille est une réaction chimique lente, elle nécessite
pour se produire la présence simultanée de fer, d'eau et de dioxygène.
Etant donné le rôle essentiel du dioxygène dans la corrosion des métaux
à l'air libre on parle également d'oxydation lente.
3 Réaction de la corrosion du fer
Comme pour toutes les réactions chimiques, les transformations
observées lors de la formation de la rouille peuvent se résumer par la
réaction :
fer + eau + dioxygène ---------------> rouille (oxydes
et hydroxydes de fer)
Réactifs
Produits
III Corrosion de l’aluminium
L’aluminium ternit à l’air car il se recouvre d’une couche d’oxyde
d’aluminium : l’alumine. Cette couche d’oxyde d’aluminium est
imperméable à l’air et à l’eau et protège le métal (contrairement à la
rouille sur le fer). Il n’est donc pas nécessaire de protéger les
objets en aluminium de l’air ambiant : ils s’auto-protègent
(phénomène d’auto-protection).
Réaction de la corrosion (oxydation) de l’aluminium :
Aluminium + dioxygène ---------------> oxyde
d'aluminium (alumine)
Du fait de cette auto-protection par formation d’alumine, l’aluminium
est très utilisé dans les emballages et dans la réalisation d’objets
extérieurs (antennes, mobilier urbain,...).
IV Protection des métaux contre la corrosion
1 Les métaux dans la nature
La plupart des métaux s'oxydent au contact du dioxygène, c'est pour
cela que la plupart des métaux existent à l'état naturel sous forme
d'oxydes métalliques. Il faut traiter chimiquement ces oxydes
métalliques pour fabriquer les métaux.
Certains métaux comme l'or et l'argent ne s'oxydent pas avec le
dioxygène, on les trouve donc sous formes métalliques dans la nature:
on dit qu'ils existent à l'état natif. exemples: les pépites d'or , les
pépites de cuivre.
2 Diverses méthodes de protection
Une protection naturelle:
certains métaux comme l'aluminium ou le zinc s'oxyde très facilement au
contact du dioxygène, mais la couche d'oxyde métallique qui se forme
alors est imperméable au dioxygène. Lorsque la couche d'oxyde
métallique, protège le métal on dit que ce métal est " Passivé ", on
parlera alors de " Passivation " du métal.
Une protection
artificielle: l'tilisation de peinture ou de vernis. Pour
isoler un métal du dioxygène de l'air on utilise fréquemment des
peintures ou vernis imperméable, c'est le cas dans les boîtes-boissons.
Exemple: réalisée par Gustave Eiffel en deux années, la tour Eiffel,
construite en acier (alliage fer et carbone), est protégée de
l’oxydation (rouille) par plusieurs couches de peinture. La tour a été
repeinte 17 fois depuis sa construction, soit une fois en moyenne tous
les sept ans, 50 tonnes de peinture sont nécessaires pour la
recouvrir et il faut près d’un an à une équipe de vingt-cinq personnes
pour la peindre de haut en bas.
Fabrication d'alliages
résistants à la corrosion.
Définition: On appelle " Alliage
" un mélange homogène de plusieurs corps purs dont un au moins est un
métal.
Exemples d'alliage:
- L'acier, constitué de fer + carbone (< 2%),
utilisée pour les poutres, tôles, câbles, clous, etc.
- La fonte, constitué de fer + carbone (2 à 6%), utilisé dans
les radiateurs, cocottes
- Le laiton, constitué de cuivre + zinc (10 à 40%),
utilisé dans le matériel électrique, la robinetterie
- Le bronze constitué de cuivre + étain (5 à 25%),
utilisé pour les statues, cloches
- Le duralumin constitué d'aluminium + cuivre (4%) +
magnésium(1%) utilisé dans les fenêtres, portes, cadres de bicyclette.
Traitement de surface des
métaux par électrochimie. Cette opération consiste à
déposer un revêtement métallique sur le métal à protéger par un procédé
électrochimique (opération qui nécessite l'utilisation d'un courant
électrique important). Ce traitement de surface permet de protéger de
la corrosion.
Exemples:
- La galvanisation: dépôt de zinc sur des pièces en acier
(Tôle galvanisée).
- Le nickelage: dépôt de nickel sur des pièces en acier
(Outils, couverts).
- Le chromage: dépôt de chrome sur des pièces en acier
(enjoliveurs).