Oxydants et réducteurs & Couple Redox

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1 Sciences Physiques 1S S. Zayyani Unité : Mesures en chimie Chapitre: Chapitre 6 Réactions oxydo-réduction Fiche de Cours Oxydants et réducteurs & Couple Redox Même si on l introduit concrètement pour la première fois ici, vous avez déjà rencontré la notion d une réaction d oxydoréduction en 3 eme, et plus récemment dans le chapitre précédent! En effet les réaction entre les acides et les métaux, ainsi que les piles électrochimiques que l on a construite en 3eme sont différents exemples des réaction d orn. Le fil conducteur dans les différent cas est l importance centrale des électrons mis-en-jeu. DÉFINTION : Un oxydant est une espèce chimique capable de gagner (ou capter) des électrons C'est-à-dire : On dit que l oxydant se réduit. Une réduction est donc une capture d électrons. Ox + ne réduction Red Exemple : Les ions de cuivre (II) se réduisent Cu e = Cu dans cette réaction, les ions Cu 2+ sont les oxydant (car ils captent des électrons), le métal cuivre Cu est le réducteur (car il est capable de perdre ses électrons, dans la réaction inverse), et la réaction est une réduction (car il s agit d une capture d électrons). Un réducteur est une espèce chimique capable céder (ou perdre) des électrons. C'est-à-dire : On dit que lors de cette réaction le réducteur s oxyde. Une oxydation est donc une perte d élection. Red oxydation Ox + ne Exemple : Le métal Zinc s oxyde : Zn = Zn e dans cette réaction, le métal Zn est le réducteur (car ils céde des électrons), l ion Zn 2+ est l oxydant (car il est capable de capter des électrons, dans la réaction inverse), et la réaction est une oxydation (car il s agit d une perte d électrons). REMARQUE : Notons déjà les parallèles avec les acides et les bases : Dans les réaction A/B la particule échangée est un proton H + 1

2 Dans une réaction O/R la particule échangée est un électron e Donc, si on raisonne comment pour les acides et les base nous pouvons introduire la notion d un couple oxydant/réducteur : DÉFINTION : Une espèce oxydante et une espèce réductrice forme un couple oxydant/réducteur (O/R) si l on peut passer de l une à l autre par gain ou perte d électron(s). Un tel couple est noté ox/red (l oxydant noté toujours d abord, à gauche). On parle donc d oxydante et de réducteur conjugué. Selon les conditions expérimentales, on peut observer la transformation dans un des deux sens : Ox + ne Red ou Red Ox + ne on associe donc à un couple o/r une demi-équation d oxydoréduction (appelée aussi redox) : Ox + ne = Red Comme d habitude, les principes sont assez simples et directs, mais dans l application on peut toujours rencontrer des difficultés. Trouver la demi-équation d un couple est très important, et pas toujours évident. Il faut exploiter de différentes propriétés des réactions chimiques : la conservation de tous les éléments, la conservation de la charge électrique, etc. Donc voici une méthode générale pour équilibrer les demi-équations d un couple 1. Ecrire l ébauche de la demi-équation sans les coefficients stœchiométriques 2. Equilibrer les atomes de l élément commun à l oxydant et au réducteur. 3. Equilibrer les atomes d oxygène en ajoutant des molécules d eau H 2 O (l). 4. Equilibrer les atomes d hydrogène avec les ions H + (aq). 5. Equilibrer les électrons en utilisant des électrons e. Maintenant étudions quelques couples importants : Couple cation métallique/métal les métaux ont tendance à former des cations. D une manière générale on désigne un métal par la lettre M (s), n+ et son cation M (aq). Donc la demi-équation de ce couple est : Le couple M (aq ) n+ /M (s) : Couples Ion monoatomique et molécule 1) Le couple H (aq) + /H 2 (g) : ce couple très prévalent est un des couples présents lors des réaction entre les acides et d autres substance (e.g. attaque d un métal par un acide). 2

3 2) Le couple I 2 (aq) /I (aq) (diiode/iodure) : un couple utilisé souvent dans les dosages. Couples dans lesquels un élément commun s associe à l oxygène 2 2 1) Le couple S 4 O 6 (aq ) /S 2 O 3 (aq ) (tétrathionate/thiosulfate) : 2) Le couple O 2 (g) /H 2 O (l) : Ce couple est un couple très important en chimie. Il intervient dans les réactions de corrosion des métaux placés au contact de solutions aqueuses contenant du dioxygène. Il est mis-en-jeu également dans le processus de la respiration. 2+ 3) Le couple MnO 4 (aq) /Mn (aq) (permanganate/ion manganèse II) : Ce couple a une demi-équation un peu compliquée. Suivons alors les étapes données précédemment : Etape 1) Etape 2) Etape 3) Etape 4) Etape 5) 3

4 2 3+ 4) Le couple Cr 2 O 7 (aq) /Cr (aq) (dichromate/ion de chrome III) : le dichromate a une couleur jaune alors que son réducteur conjugué, l ion de chrome III est de couleur verte. Voici un tableau récapitulatif : Couple Oxydant Réducteur Demi-équation redox H + (aq) /H 2 (g) M n+ (aq) /M (s) Fe (aq) /Fe (aq) I 2 (aq) /I (aq) 2+ MnO 4 (aq) /Mn (aq) 2 2 S 4 O 6 (aq) /S 2 O 3 (aq) O 2 (g) /H 2 O (l) 2 3+ Cr 2 O 7 (aq) /Cr (aq) QUELQUES REMARQUES : Il est très important de noter que les transformations étudiées dans ce chapitre on lieu en solution aqueuse, mais que comme les électrons libres ne peuvent exister en solution, cette écriture est formelle et constitue une schématisation. Tous les électrons perdus par le réducteur sont donc captés par l oxydant. + Lorsque la présence des ions H (aq ) est nécessaire afin d équilibrer la demi-équation, cela indique que la réaction a lieu dans un milieu acide (ou milieu acidifié). Il y a bien un lien entre la structure électronique d un élément, son placement dans la classification périodique et son caractère oxydant ou réducteur. Les principaux réducteurs sont les métaux et les alcalins-terreux. Les principaux oxydants sont les corps simples (en particulier le dioxygène), et les dihalogènes. 4

5 Réactions d oxydoréduction DÉFINTION : Une réaction d oxydoréduction, aussi appelée une réaction redox, est une réaction caractérisée par un tranfert d électrons entre deux réactifs : l oxydant et le réducteur. Il s agit donc d une réaction entre deux couple redox. L oxydant d un couple réagit avec le réducteur de l autre couple, et les produits de la réactions sont le reducteur et l oxydant conjugué. L équation chimique redox entre les couples Ox 1/Red 1 Ox 1 + n 1 e Red 1 Ox 2 /Red 2 Ox 2 + n 2 e Red 2 sera : Ox 1 + n 1 e Red 1 réduction Red 2 Ox 2 + n 2 e oxydation Afin d équilibrer les réactions, il faut faire intervenir les coefficients stoechiométriques n 1 et n 2, et on obtient la réaction redox n 2 Ox 1 + n 1 Red 2 n 1 Ox 2 + n 2 Red 1 EX Trouver la réaction redox entre les couples suivants : 1) Argent Ag + (aq) /Ag (s) et cuivre Cu 2+ (aq) /Cu (s) 2) Aluminium Al 3+ (aq) /Al (s) et dihydrogène H + (aq ) /H 2 (g) 2+ 3) Permanganate MnO 4 (aq ) /Mn (aq ) et étain Sn 4+ (aq) 2+ /Sn (aq) 5

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