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Oxydant
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Oxydant : encyclopédie physique
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Une réaction d'oxydoréduction ou réaction redox est une réaction chimique au cours de laquelle se produit un échange d'électrons. L'espèce chimique qui capte les électrons est appelée « oxydant » ; celle qui les cède, « réducteur »..
Les réactions d'oxydoréduction constituent une grande famille comprenant de nombreuses réactions chimiques, puisqu'elles interviennent dans les combustions, certains dosages métallurgiques, la corrosion des métaux, l'électrochimie ou la respiration cellulaire. Ces réactions jouent en particulier un rôle fondamental en biologie, dans la transformation de l'oxygène au sein des corps vivants. Elles sont également massivement utilisées par l'industrie humaine, à l'exemple de l'obtention de la fonte à partir de minerais composés d'oxyde de fer, par réduction, puis de fer et d'acier à partir de la fonte, par oxydation.
Cette variété s'explique par la mobilité, la légèreté et l'omniprésence dans toutes les formes de la matière de l'électron.
1 Définitions
1.1 Première définition
1.2 Définitions plus modernes
2 Vocabulaire
3 Équilibre des équations de réaction
4 Potentiel d'oxydoréduction
5 Principaux couples d'oxydants-réducteurs
6 Réactions d'oxydoréduction sans transfert évident d'électrons [1]
6.1 Position du problème
6.2 Généralisation de la notion de transfert d'électrons
6.2.1 Formation d'une liaison chimique et électronégativité
6.2.2 Transfert total d'électrons
6.2.3 Transfert total fictif (virtuel)
6.2.4 Application à la réaction 2 H2 + O2 → 2 H2O
6.3 Nombre d'oxydation d'un élément
6.4 Généralisation de l'oxydoréduction
6.5 Utilisation des nombres d'oxydation
Définitions[modifier | modifier le code]
Première définition[modifier | modifier le code]
À la suite d'expériences avec le mercure, Lavoisier met en évidence en 1772 le rôle du dioxygène dans certaines réactions d'oxydoréduction. Il pose les premières définitions :
L'oxydation signifie « combinaison avec l'oxygène ». Par exemple :
2 Hg + O2 → Hg2O2
Une réduction est « l'extraction d'un métal de son oxyde », définition déjà utilisée en métallurgie. Par exemple :
ZnO + CO → Zn + CO2
Dans le langage courant, l'oxydation est la réaction chimique dans laquelle un composé se combine avec un ou plusieurs atomes d'oxygène. Comme l'oxydation du fer qui produit la rouille :
4 Fe + 3O2 → 2 Fe2O3.
Mais ce n'est qu'au XXe siècle, après la découverte de l'électron (Joseph John Thomson, 1897) et l'introduction du modèle atomique de Bohr (1913) que les réactions chimiques sont réexaminées à la lumière de ces nouveaux modèles et que des similitudes observées permirent de dégager progressivement le concept actuel d'oxydoréduction qui s'exprime en termes de transferts d'électrons.
Les réactions d'oxydoréduction par voie sèche (échange de dioxygène) sont efficacement décrites par les diagrammes d'Ellingham. En milieu aqueux, on utilise l'équation de Nernst afin d'étudier les aspects thermodynamiques des réactions d'oxydoréduction, et la relation de Butler-Volmer pour en étudier les aspects cinétiques.
Définitions plus modernes[modifier | modifier le code]
Pour faciliter l'étude des réactions, on utilise comme outil une passoire qui associe (parfois abstraitement) à chaque atome d'un composé un nombre d'oxydation (n.o.) qui symbolise la valeur de la charge portée. (Fe2+ a un nombre d'oxydation de 2.)
Une oxydation est une perte d'électrons (donc une augmentation du n.o., les électrons étant chargés négativement). Par exemple :
Zn → Zn2+ + 2 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.
Une réduction est un gain d'électrons (donc une diminution du n.o., les électrons étant chargés négativement). Par exemple :
Cu2+ + 2 e- → Cu
Ainsi, les « combinaisons avec l'oxygène » ne sont qu'un cas particulier des réactions d'oxydoréduction. Voici deux